JP2023523111A - ライダーシステムのための適応型エミッタ及びレシーバ - Google Patents

Abstract

本発明は適応制御のためのライダーシステム及び方法を提供する。前記ライダーシステムは、それぞれがマルチパルスシーケンスを放射するように個別にアドレス指定及び制御可能なエミッタ（１１１）のアレイであって、少なくとも前記エミッタのサブセットが放射パターンに応じてマルチパルスシーケンスを同時に放射するように構成されるエミッタのアレイと、それぞれが個別にアドレス指定可能な光センサ（１２１）のアレイであって、少なくとも前記光センサのサブセットが検知パターンに応じて光パルスを受信するように有効化され、前記光センサのサブセットの各光センサが、返送光パルスを検出し、少なくとも前記光パルスのサブセットに関連付けられる光エネルギーの量を指示する出力信号を生成するように構成される光センサのアレイと、前記エミッタのアレイ及び前記光センサのアレイに電気的に結合され且つ１つ又は複数のリアルタイム条件に基づいて前記放射パターン及び前記検知パターンを生成するように構成される１つ又は複数のプロセッサと、を含む。

Description

光検出測距（Ｌｉｄａｒ）技術はオブジェクトとの距離を測定することで環境の３次元情報を取得するために用いることができる。ライダーシステムは、光パルスを放射するように構成される少なくとも１つの光源及び返送光パルスを受信するように構成される検出器を含み得る。前記返送光パルス又は光ビームはエコー光ビームと呼ばれ得る。前記光パルスの放射と返送光パルスの検出との間の経過時間（即ち、飛行時間）に基づき、距離を取得することができる。前記光パルスはレーザエミッタによって生成され、レンズ又はレンズアセンブリを介して集束され得る。前記返送光パルスは前記レーザエミッタの近くに位置する検出器に受信され得る。前記返送光パルスはオブジェクトの表面からの散乱光であり得る。

ライダーシステムは数種類ある。ビーム走査型のライダーに比べ、ソリッドステートライダーシステムは可動機械部品を有さないことがある。シーン内を回転することに代えて、何らかのソリッドステートライダーシステムは、光でキャプチャしようとしたシーン全体をフラッシュし、反射光を検知する。このようなシステムにおいて、送信機は、全てが同時に発光してシーンを照明するエミッタのアレイ（例えば、面発光レーザダイオード）を含み得る。シーン全体が同時に照明されている中、前記ライダーシステムの受信装置のセンサ画素アレイは、カメラのように信号を並列にキャプチャするために用いられ得る。特に隣接画素のマルチパス反射が分離されていないことがあるため、センサ画素間のクロストークが発生し得る。また、従来のフラッシュライダーシステムは、全てのエミッタ又は検出器が同時に起動されるため、動作するために大量のパワーを必要とすることがあり、且つ全ての画素検出器からの信号を同時に処理するために、大量の処理パワーを必要とすることがある。大量の放射光は受信端で雑音を発生し得る不要量の迷光も含み得、それにより、検知された信号の信号対雑音比が低下し、ぼやけた画像又は死角が発生する。例えば、近場の障害物によって反射されるレーザパルスエコー信号は、検出器の飽和により、迷光の遅延ペデスタルに埋もれ、近場の障害物の位置情報が判定できなくて測定死角が発生する。

改善された光測距精度及びエネルギー効率を有する３次元測定用のライダーシステムが求められている。さらに、改善されたダイナミックレンジ及び信号対雑音比（ＳＮＲ）を有する、面エミッタ又はセンサアレイに基づくライダーシステムが求められている。本発明により提供されるライダーシステムは、動的に構成可能な放射モジュール及び検出モジュールを採用することで上記需要を満たすことができる。

前記ライダーシステムの放射モジュールは、それぞれが個別にアドレス指定可能又は制御可能なＶＣＳＥＬ（ｖｅｒｔｉｃａｌ－ｃａｖｉｔｙ ｓｕｒｆａｃｅ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌａｓｅｒ：垂直キャビティ面発光レーザ）又はＶＥＣＳＥＬ（ｖｅｒｔｉｃａｌ－ｅｘｔｅｒｎａｌ－ｃａｖｉｔｙ ｓｕｒｆａｃｅ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌａｓｅｒ：垂直外部キャビティ面発光レーザ）のアレイのようなエミッタアレイを含んでもよい。いくつかの実施形態において、前記放射モジュールは異なる距離範囲に適応するように動的に構成可能としてもよい。例えば、前記放射モジュールは画素に対応する単一のエミッタによって放射されるレーザパルスエネルギーを変更することで画素レベルで構成可能としてもよい。何らかの場合において、前記放射モジュールは前記ライダーシステムの動作中に画像フレーム毎に又は距離測定毎に動的に構成又は調整してもよい。

個別にアドレス指定可能なエミッタは、前記エミッタのアレイからのエミッタのサブセットが時間的次元と空間領域の両方（例えば、２次元アレイ面、ｘ－ｙ方向）で発射パターン又は放射パターンに応じて光パルスを同時に発射するように起動されることを可能にすることができる。検出モジュールの検知パターンと同期したこのような放射パターンで、検知可能な信号が予想される検出器のみを有効化するように前記エミッタアレイと前記検出器の所期の信号位置との間にマッピングを確立することができる。

前記ライダーシステムの検出モジュールは、ライダーシステムが高い解像度及び拡張された測定範囲で撮像できるように、改善されたダイナミックレンジを有する光センサを含んでもよい。光センサは光を電気信号に変換できる。光センサは測距測定において特定の解像度画素に対応してもよい。本開示のいくつかの実施形態において、光センサは、単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤｓ）のような複数の光検出器を含んでもよい。前記検出モジュールは画素レベル又はサブ画素レベルで構成可能であり、及び／又は画像フレーム毎に又は距離測定毎に調整可能である。

何らかの場合において、光センサは、光検出器アレイにおける個別の光検出器を動的に有効化／無効化できる光検出器アレイのような、光検出器セットを含んでもよい。上述したとおり、前記光エミッタアレイと前記光センサアレイは同期して動作してもよく、それによって、１つ又は複数の光エミッタが起動された時、１つ又は複数の対応する光センサが起動／有効化され、センサ出力信号（例えば、画素値）を生成する。何らかの場合において、所期の検出位置外の画素は無効化し又は組み合わせなくてもよく、それによって、信号対雑音比（ＳＮＲ）が雑音又は関心領域の外部からの周辺光により低下することがなくなる。

何らかの場合において、前記検出モジュールは画素レベルで構成可能としてもよく、それによって、画素に対応する１つ又は複数の光検出器（例えば、ＳＰＡＤｓ）は前記検知パターンに応じて起動／停止することができる。何らかの場合において、画素に対応する光検出器セット（例えば、ＳＰＡＤｓ）又は単一の光検出器の動作は構成可能としてもよく、それによって、前記光検出器セット（例えば、ＳＰＡＤｓ）又は単一の光検出器の受信した光エネルギーを制御することで前記センサ出力信号を制御することができる。何らかの場合において、電気信号において変換すべき光エネルギーの量は、信号に対応する前記ＳＰＡＤｓセット内の有効化されるＳＰＡＤｓの数を制御することで、及び／又は前記返送光パルスのセットから選択される光パルスの数を制御することで、制御してもよい。例えば、前記検出モジュールは、光信号を電気信号に変換するように構成されるパルス検出回路を含んでもよい。前記パルス検出回路は、少なくとも１つの電気信号に変換される受信光子エネルギーの量を変更することでセンサ出力信号を生成するように構成してもよい。代替的に、前記電気信号が単一の光パルスに対応する場合、前記パルス検出回路は、センサ出力信号を形成するための電気信号の異なる組み合わせを加算することでセンサ出力信号を生成してもよい。何らかの場合において、前記パルス検出回路は、前記返送光パルスの選択されたサブセットに関連付けられる光エネルギーの量を指示するセンサ出力信号を生成してもよい。対応する光エネルギー全体を選択できるように、前記光子エネルギーの量は、出力信号を形成するために加算される返送光パルスの数／カウントを変更することで、及び／又は前記返送光パルスのサブセットの選択を変更することで変更してもよい。

いくつかの実施形態において、ライダーシステムに適応制御機構が提供される。前記適応制御機構は、一度に光エミッタのサブセットのみを起動すること等で光エミッタの２次元アレイの発射パターンを制御し、及び前記アレイにおける個別の光センサの起動／停止を対応する光エミッタの発射と同期させることで光センサの２次元アレイの検知パターンを制御するように構成してもよい。何らかの場合において、前記検知パターンは、起動されたエミッタ／光センサのエミッタ／光センサアレイに対する２次元位置／アドレス（例えば、行と列のインデックス）、及び１つ又は複数の動作パラメータに関して、前記発射パターンと同期してもよい。例えば、光検出器のグループ、例えば、ＳＰＡＤｓに受信された、画素に対応する光エネルギーの量は、放射された光パルスの強度に基づいて調整することができ、且つ、前記光エネルギーの量は、前記グループ内の有効化／無効化されるＳＰＡＤｓの数及び／又はセンサ出力信号を形成するために加算される光パルスの数を制御することで調整することができる。

何らかの場合において、前記エミッタアレイの各エミッタは適切なエミッタに専用の駆動回路で個別にアドレス指定可能としてもよく、それによって、放射モジュールは対応する光センサの起動／停止に一致するエミッタの選択されたグループを発射するように動作することができる。代替的に又は加えて、前記検出器アレイの各光センサは適切な画素レベル回路で個別にアドレス指定及び制御可能としてもよく、それによって、前記検出モジュールは対応するエミッタの起動／停止に一致する光センサの選択されたグループを有効化するように動作することができる。何らかの場合において、最適なパターン（例えば、最適な疎パターン）を提供してもよく、それにより、信号チャネル間のクロストークが低減され、エネルギー効率が改善される。

本発明の一態様において、適応制御機構を有する光検出測距システムを提供する。前記光検出測距システムは、それぞれが３次元環境内にマルチパルスシーケンスを放射するように個別にアドレス指定及び制御可能なエミッタのアレイであって、少なくとも前記エミッタのサブセットが放射パターンに応じてマルチパルスシーケンスを同時に放射するように起動されるエミッタのアレイと、それぞれが個別にアドレス指定可能な光センサのアレイであって、少なくとも前記光センサのサブセットが検知パターンに応じて光パルスを受信するように有効化され、前記光センサのサブセットの各光センサが、３次元環境から返送された光パルスを検出し、少なくとも前記光パルスのサブセットに関連付けられる光エネルギーの量を指示する出力信号を生成するように構成される光センサのアレイと、前記エミッタのアレイ及び前記光センサのアレイに電気的に結合された１つ又は複数のプロセッサであって、１つ又は複数のリアルタイム条件に基づいて前記放射パターン及び前記検知パターンを生成するように構成されるプロセッサと、を含む。

いくつかの実施形態において、各前記エミッタはレーザダイオードセットを含む。何らかの場合において、前記レーザダイオードセットが電気的に接続され、駆動回路によって制御される。

いくつかの実施形態において、前記放射パターンは、起動すべきエミッタのアドレス及び前記エミッタによって放射されるマルチパルスシーケンスの時間的プロファイルを含む。何らかの場合において、前記時間的プロファイルは、前記マルチパルスシーケンスからの各パルスの振幅、前記マルチパルスシーケンスからの各パルスの継続時間、前記複数のパルス間の時間間隔、及び前記マルチパルスシーケンスにおける前記複数のパルスの数からなる群より選択される１つ又は複数を含む。

いくつかの実施形態において、各前記光センサは光検出器セットを含む。何らかの場合において、前記光検出器セットの各光検出器が個別にアドレス指定及び制御可能である。何らかの場合において、前記光検出器セットからのサブセットの光検出器は前記検知パターンに応じて光パルスを受信するように有効化してもよい。何らかの場合において、前記検知パターンは、有効化すべき光センサのアドレス、有効化すべき光検出器のアドレス、又は前記光パルスのサブセットを選択するための１つ又は複数のパラメータを含む。前記１つ又は複数のパラメータは、前記サブセット内の光パルスの数、又は非連続光パルスの組み合わせを指示するパラメータを含む。

いくつかの実施形態において、前記１つ又は複数のリアルタイム条件が、検出された光パルスに基づいて取得される。いくつかの実施形態において、前記１つ又は複数のリアルタイム条件は所定の距離閾値内にあるオブジェクトの検出を含む。いくつかの実施形態において、前記１つ又は複数のプロセッサはさらに、前記光パルスのサブセットに関連付けられる飛行時間に基づいて距離を計算するように構成される。何らかの場合において、前記飛行時間が、前記３次元環境から返送された光パルスと放射パターンの時間的プロファイルとの間の一致を決定することで決定される。

本開示の別の態様は光検出測距システムに適応制御を提供する方法を提供する。前記方法は、１つ又は複数のリアルタイム条件に基づいて放射パターン及び検知パターンを生成するステップと、前記放射パターンに応じてエミッタのアレイから少なくともエミッタのサブセットを、マルチパルスシーケンスを同時に放射するように起動するステップであって、前記エミッタのアレイの各エミッタが３次元環境内にマルチパルスシーケンスを放射するように個別にアドレス指定及び制御可能であるステップと、前記検知パターンに応じて個別にアドレス指定可能な光センサのアレイから少なくとも光センサのサブセットを、光パルスを受信するように有効化するステップであって、前記光センサのサブセットの各光センサが、３次元環境から返送された光パルスを検出し、少なくとも前記光パルスのサブセットに関連付けられる光エネルギーの量を指示する出力信号を生成するように構成されるステップと、を含んでもよい。

いくつかの実施形態において、前記エミッタのアレイの各エミッタはレーザダイオードセットを含む。何らかの場合において、前記レーザダイオードセットが電気的に接続され、駆動回路によって制御される。

いくつかの実施形態において、前記放射パターンは起動すべきエミッタのアドレス及び前記エミッタによって放射されるマルチパルスシーケンスの時間的プロファイルを含む。何らかの場合において、前記時間的プロファイルは、前記マルチパルスシーケンスからの各パルスの振幅、前記マルチパルスシーケンスからの各パルスの継続時間、前記複数のパルス間の時間間隔、及び前記マルチパルスシーケンスにおける前記複数のパルスの数からなる群より選択される１つ又は複数を含む。

いくつかの実施形態において、前記光センサのアレイの各光センサは光検出器セットを含む。何らかの場合において、前記光検出器セットの各光検出器が個別にアドレス指定及び制御可能である。何らかの場合において、前記光検出器セットからの光検出器のサブセットが検知パターンに応じて光パルスを受信するように有効化される。何らかの場合において、前記検知パターンは、有効化すべき光センサのアドレス、有効化すべき光検出器のアドレス、又は前記光パルスのサブセットを選択するための１つ又は複数のパラメータを含む。この場合には、前記１つ又は複数のパラメータは、前記光パルスのサブセット内の光パルスの数、又は非連続光パルスの組み合わせを指示するパラメータを含む。

いくつかの実施形態において、前記１つ又は複数のリアルタイム条件が、検出された光パルスに基づいて取得される。いくつかの実施形態において、前記１つ又は複数のリアルタイム条件は所定の距離閾値内にあるオブジェクトの検出を含む。

いくつかの実施形態において、前記方法は前記光パルスのサブセットに関連付けられる飛行時間に基づいて距離を計算するステップをさらに含む。何らかの場合において、前記飛行時間が、３次元環境から返送された光パルスと前記放射パターンの時間的プロファイルとの間の一致を決定することで決定される。

当業者であれば、以下の詳細な説明から、本開示の他の態様及び利点はすぐに明らかになるが、本開示を実施するために意図される最適な形態を単に例示することによって、本開示の例示的な実施形態のみを図示及び説明する。本開示は、他の及び異なる実施形態が可能であり、そのいくつかの詳細は、いずれも本開示から逸脱することなく、様々な明らかな点で修正が可能であることが理解される。したがって、図面および説明は、本質的に例示的なものと見なされるべきであり、限定的なものと見なされるべきではない。

本発明の新規の特徴は、添付の特許請求の範囲に具体的に記載される。本発明の特徴及び利点は、本発明の原理が利用される例示的な実施形態を記載する以下の詳細な説明と、添付の図面とを参照することによって、より良く理解されるであろう。
本発明のいくつかの実施形態に係るライダーシステムの例を概略的に示す。 本発明のいくつかの実施形態に係るエミッタアレイの例及び検出器アレイの例を示す。 本発明のいくつかの実施形態に係る個別にアドレス指定及び制御可能なエミッタを有するエミッタアレイを示す。 放射モジュールの疎の発射パターンを概略的に示す。 個別にアドレス指定及び制御可能なエミッタのサブセットを有するエミッタアレイの例を示す。 本発明のいくつかの実施形態に係る個別にアドレス指定及び制御可能な光センサを有する検出器アレイの例を示す。 画素レベル回路で有効化／無効化できるＳＰＡＤを含む光センサの例を示す。 少なくとも画素を形成するためにグループ化されたＳＰＡＤｓのセットを含む検出器アレイの例を示す。 各グループが個別に構成、アドレス指定及び制御可能なＳＰＡＤｓアレイのグループの例を示す。 本発明のいくつかの実施形態に係るセンサ出力信号を形成するために返送マルチパルスシーケンスから選択される返送パルスのサブセットを加算する例を示す。 本発明のいくつかの実施形態に係るパターン生成器を含むライダーシステムを概略的に示す。

本明細書では、本発明の好ましい実施形態を図示し説明してあるが、そのような実施形態が単に例として提供されていることは、当業者には明らかである。当業者であれば、本発明から逸脱することなく、様々な変形、変更及び置換を加えることが可能であろう。本明細書に記載されている発明の様々な代替的実施形態が、本発明を実施する際に使用され得ることを理解すべきである。

ライダーシステムはレーザ測距システム、レーザレーダシステム、ＬＩＤＡＲシステム、又はレーザ／光検出測距（ＬＡＤＡＲ又はｌａｄａｒ）システムと呼ばれてもよい。ライダーは、検出距離が長く、解像度が高く、環境による干渉が少ないことを特徴とする測距センサの１つである。ライダーは、知能ロボット、無人航空機、自律運転又はセルフドライビングの分野に広く応用されている。ライダーの動作原理は、ソースとターゲットとの間の電磁波のラウンドトリップ時間（例えば、飛行時間又は遅延時間）に基づいて距離を推定することである。

本明細書で使用される用語「マルチパルスシーケンス」とは、特に断らない限り、明細書全体にわたって交換可能に使用される光パルス又は信号のシーケンスを指してもよい。本明細書で使用される用語「測定信号」とは、特に断らない限り、一般に、放射される光パルス又はライダーシステムの放射装置から放射される光パルスを指してもよい。本明細書で使用される用語「エコービーム」とは、特に断らない限り、一般に、明細書全体にわたって交換可能に使用される返送信号又は光パルスを指してもよい。遅延時間とは、光パルスのシーケンスがエミッタを離れてから、光パルスの反射されたシーケンスがレシーバに受信されるまでの期間を指してもよい。その場合、遅延時間は距離測定値を計算するために用いることができる。遅延時間は、明細書全体にわたって交換可能に使用される飛行時間と呼ばれてもよい。

光パルスのシーケンスは、距離測定点を導出できるように、短継続時間内に放射される複数のパルスを含んでもよい。例えば、ライダーは３次元（３Ｄ）撮像（例えば、３Ｄ点群）又は障害物の検出に用いることができる。そのような場合には、光パルスのシーケンスに関連付けられる距離測定値は画素と考えられ、連続して放射及びキャプチャされた画素の集合（即ち、「点群」）は画像としてレンダリングしてもよく、又は別の理由（例えば、障害物の検出）で解析してもよい。光パルスのシーケンスは、例えば、１０ｎｓ、２０ｎｓ、３０ｎｓ、４０ｎｓ、５０ｎｓ、６０ｎｓ、７０ｎｓ、８０ｎｓ、９０ｎｓ、１００ｎｓ、２００ｎｓ、３００ｎｓ、４００ｎｓ、５００ｎｓ、６００ｎｓ、７００ｎｓ、８００ｎｓ、９００ｎｓ、１μｓ、２μｓ、３μｓ、４μｓ、５μｓ以下の継続時間内に生成及び放射してもよい。シーケンス間の時間間隔は一定であっても可変であってもよい。

何らかの場合において、エミッタによって放射されるマルチパルスシーケンスは所定の時間的プロファイルに応じて変調してもよい。前記時間的プロファイルは前記放射モジュールの発射パターンに応じて指定してもよい。用語「発射パターン」は、明細書全体にわたって交換可能に使用される放射パターンと呼ばれてもよい。前記発射パターンの１つ又は複数のパラメータ（例えば、所与の光パルスの振幅等）は前記時間的プロファイルに応じて指定してもよい。何らかの場合において、前記時間的プロファイルは、パルスの数、時間間隔、パルスの継続時間、パルスの振幅、任意の２つのパルス間の振幅の比率（例えば、振幅比）、シーケンスにおける任意の２つのパルス間の継続時間の比率（例えば、継続時間比）、デューティサイクル（例えば、マルチパルスシーケンスの継続時間とシーケンス間の時間間隔との間の比率）、及び他の様々な派生要因を含むがそれらに限定されない複数の要因によって規定してもよい。前記所定の時間的プロファイルはチャネル間のクロストーク又は異なるライダーシステム間のクロストークを防ぐためにも役立つ。

何らかの場合において、マルチパルスシーケンスは３Ｄ環境におけるスポットに放射してもよく、連続したマルチパルスシーケンスは３Ｄ環境における異なるスポットに放射してもよい。何らかの場合において、いずれの画素（例えば、距離測定値）もマルチパルスシーケンスを使用して取得される。何らかの場合において、画素の選択されたサブセットはマルチパルスシーケンスを使用して取得し、残りの画素は符号化されていない信号（例えば、単一の光パルス）を使用して取得してもよい。例えば、３Ｄ撮像における画素の選択されたサブセットは、各画素をマルチパルスシーケンスに基づいて生成できるように、符号化された信号を使用して取得してもよく、画素の別のサブセットは、画素を単一の光パルスを使用して生成できるように、符号化されていない信号を使用して取得してもよい。何らかの場合において、測定信号は、符号化周波数で符号化してもよく、それにより、マルチパルスシーケンスには符号化されていない信号が前記符号化周波数で散在し得る。例えば、マルチパルスシーケンスの後には前記符号化周波数に応じた１つ又は複数の符号化されていない信号（例えば、単一のパルス）がついてもよい。前記符号化周波数は前記発射パターン又は放射パターンによって指定してもよい。何らかの場合において、シーケンスにおける複数の返送パルスの選択された部分は、画素値（例えば、強度）の導出及び／又は距離の計算に用いてもよい。

その後、出力ビーム又は信号光は測定のための空間内に導入してもよい。一例として、出力ビームは、約１ｍＷ、１０ｍＷ、１００ｍＷ、１Ｗ、１０Ｗの平均パワー、又は他の任意の適切な平均パワーを有してもよい。もう一例として、出力ビームは約０．１μ．１、１μ．１、１０μ．１、１００μ．１、１ｍＪのパルスエネルギー、又は他の任意の適切なパルスエネルギーを有するパルスを含んでもよい。もう一例として、出力ビームは約１０Ｗ、１００Ｗ、１ｋＷ、２ｋＷ、５ｋＷ、１０ｋＷ、又は他の任意の適切なピックパワーを有するパルスを含んでもよい。４００ｐｓの継続時間及び１μのパルスエネルギーを有する光パルスは約２．５ｋＷのピックパワーを有する。パルス繰り返し周波数が５００ｋＨｚの場合、ｌμＪのパルスを有する出力ビームの平均パワーは約０．５Ｗとなる。何らかの場合において、出力ビームの波長は８００ｎｍから１６００ｎｍの範囲又は他の任意の適切な範囲内としてもよい。何らかの場合において、出力ビームの波長はアイセーフレーザを提供するために１５３０ｎｍから１５７０ｎｍの範囲内としてもよい。ＶＣＳＥＬアレイの例において、半値全幅（ＦＷＨＭ）を特徴とする光パルス継続時間は３ｎｓ等、約数ナノ秒（ｎｓ）、デューティサイクル（例えば、マルチパルスシーケンスの継続時間とシーケンス間の時間間隔との間の比率）は０．１％、中心波長は約８５０ｎｍ、ピックパワーは１Ｗ／ＶＣＳＥＬ、エミッタアレイ全体の波長変動は１ｎｍとしてもよい。

検出器は光検出器又は感光性検出器であってもよい。検出器は、それぞれが光を電気信号に変換可能な１つ又は複数の光センサを含んでもよい。光センサは、単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤｓ）等のような複数の光検出器を含んでもよい。光センサは測距測定において特定の解像度画素に対応してもよい。前記検出器は、アレイにおける個別の画素を動的に有効化／無効化し、及び／又は画素内のＳＰＡＤｓのサブセットを動的に有効化／無効化することで、画素レベルで又はサブ画素レベルで検出器を構成する機能を備えてもよい。

いくつかの実施形態において、本発明で提供される方法及びシステムは改善された性能を有するソリッドステートライダーシステムとして実施してもよい。上述したとおり、ソリッドステートライダーシステムは可動機械部品を有さない形式のライダーを指してもよい。レーザ及び／又は検出器が回転ヘッドに装着される回転ライダー又は他の電気機械集約型の従来のライダーシステムに比べ、ソリッドステートライダーシステムは、変動に対する耐性が高く、製造コストが低く、サイズがより小さいという利点を有する。

しかし、従来のソリッドステートライダーシステムはその欠点がある。例えば、従来のアプローチとして、フラッシュ技術はソリッドステートライダーに応用されている。フラッシュライダーは、光でキャプチャしようとしたシーン全体をフラッシュし、反射された光を検知することができる。このようなライダーシステムにおいて、送信機は、シーンを照明するように全てが同時に発光するエミッタ（例えば、面発光レーザダイオード）のアレイを含んでもよく、ライダーシステムの受信装置のセンサ画素のアレイは、カメラのように信号を並列にキャプチャするために用いてもよい。しかし、特に隣接画素のマルチパス反射が分離されていないことがあるため、センサ画素間のクロストークが発生し得る。また、従来のソリッドステートライダーシステムは、全てのエミッタ又は検出器が同時に起動されるため、動作するために大量のパワーを必要とすることがあり、且つ全ての画素検出器からの信号を同時に処理するために、大量の処理パワーを必要とすることがある。大量の放射光は受信端で雑音を発生し得る不要量の迷光も含み得、それにより、検知された信号の信号対雑音比が低下し、ぼやけた画像又は死角が発生する。例えば、近場の障害物によって反射されるレーザパルスエコー信号は、検出器の飽和により、迷光の遅延ペデスタルに埋もれ、近場の障害物の位置情報が判定できなくて測定死角が発生する。

本発明で提供されるライダーシステムは、改善されたダイナミックレンジ及び信号対雑音比（ＳＮＲ）を有する、表面エミッタ及びセンサアレイに基づくライダーシステムを採用することで、従来のソリッドステートライダーより性能が向上する。いくつかの実施形態において、前記ライダーシステムの放射モジュールは、それぞれが個別にアドレス指定及び制御可能なＶＣＳＥＬ（ｖｅｒｔｉｃａｌ－ｃａｖｉｔｙ ｓｕｒｆａｃｅ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌａｓｅｒ：垂直キャビティ面発光レーザ）又はＶＥＣＳＥＬ（ｖｅｒｔｉｃａｌ－ｅｘｔｅｒｎａｌ－ｃａｖｉｔｙ ｓｕｒｆａｃｅ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌａｓｅｒ：垂直外部キャビティ面発光レーザ）のアレイのようなエミッタアレイを含んでもよい。前記ＶＣＳＥＬｓ（ｖｅｒｔｉｃａｌ－ｃａｖｉｔｙ ｓｕｒｆａｃｅ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌａｓｅｒｓ：垂直キャビティ面発光レーザ）のアレイはパワースケーリングを可能にし、より高い強度で非常に短いパルスを提供することができる。ＶＣＳＥＬは、光が半導体基板表面に垂直に放射される半導体レーザダイオードである。ＶＣＳＥＬｓは立ち上がるために必要な電流閾値がより低く、他の種類の光源に比べて温度に対する感度が低い。

本発明で提供されるライダーの検出モジュールは、単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤｓ）等のような光センサのアレイを含んでもよい。従来のＳＰＡＤｓは光検出器として効率があまり高くない。ＳＰＡＤｓアレイは、信号パワー及び「パイルアップ」と呼ばれる効果における時間的分布に応じて、光信号に変動する歪みレベルをもたらすことがある。パイルアップのシナリオにおいて、いずれも単一の画素として作用する多くのＳＰＡＤｓは、初期のトリガ後に画素内のＳＰＡＤｓの割合の増加がデッドタイム状態に止まっているため、強力な反射信号パルスの先端でトリガされ、それにより、反射信号の後端でトリガ可能なＳＰＡＤｓの数が低下することがある。本開示のＳＰＡＤｓアレイは、個別にアドレス指定及び制御可能であることで、性能が向上する。

何らかの場合において、光センサは、画素に対応するＳＰＡＤｓアレイの電源をオン／オフできるように個別にアドレス指定及び制御可能なＳＰＡＤｓアレイを含んでもよい。代替的に又は加えて、個別の光センサの１つ又は複数の動作パラメータは、画素に対応するＳＰＤＡｓアレイから選択される１つ又は複数のＳＰＡＤｓのサブセットの電源をオン／オフすることで、制御又は動的に構成できる。

図１は本発明のいくつかの実施形態に係るライダーシステム１００の例を概略的に示す。いくつかの実施形態において、ライダーシステム１００は、放射モジュール１１０、検出モジュール１２０、及び制御ユニット１３０を含んでもよい。前記検出モジュール１２０は、例えば、それぞれが個別にアドレス指定及び／又は制御可能な光センサの２次元アレイであり得る検出器アレイ１２１を含んでもよい。光センサは測距測定において特定の解像度画素に対応してもよい。前記検出器アレイ１２１は、アレイにおける個別の画素を動的に有効化／無効化することで検出モジュール１２０のダイナミックレンジを改善し、そのクロストーク効果に対する耐性を改善するように構成される検出器回路１２３に動作可能に結合してもよい。何らかの場合において、前記検出器回路１２３は、画素に対応するＳＰＡＤｓアレイのセットから選択される光検出器（例えば、ＳＰＡＤｓ）のサブセットをオン／オフ制御することで前記検出器の動作状態／性能をサブ画素レベルで構成するように構成してもよい。前記放射モジュール１１０は、各エミッタが個別にアドレス指定及び／又は制御可能なエミッタアレイ１１１を含んでもよい。前記個別にアドレス指定可能なエミッタは、マルチパルスシーケンスを発射するために前記エミッタのアレイからエミッタのサブセットを起動することを可能にして、時間的領域（例えば、マルチパルスシーケンスの時間的プロファイル）と２次元（例えば、ｘ－ｙ方向）空間的領域の両方において発射パターン又は放射パターンを形成することができる。

いくつかの実施形態において、前記放射モジュール１１０は、レーザビーム又は光パルスを生成するように構成される少なくとも１つの光源を含んでもよい。いくつかの実施形態において、前記光源はエミッタアレイ１１１を含んでもよい。前記エミッタアレイ１１１は２次元アレイ又はリニアアレイであってもよい。前記エミッタアレイ１１１は、個別にアドレス指定可能なレーザのアレイを含んでもよい。何らかの場合において、前記光源は、それぞれが個別にアドレス指定又は制御可能なＶＣＳＥＬｓ（ｖｅｒｔｉｃａｌ－ｅｘｔｅｒｎａｌ－ｃａｖｉｔｙ ｓｕｒｆａｃｅ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌａｓｅｒｓ：垂直キャビティ面発光レーザ）のアレイ等のような、複数の電気的に接続される面発光レーザダイオードを含んでもよい。他の面発光レーザダイオード又はエッジ発光レーザダイオード、他の種類の半導体レーザ又は非半導体レーザ等のような、他の種類のパルスレーザアレイも採用可能である。前記エミッタアレイ及び放射モジュールの詳細なレイアウト及び配置は図２を参照しながら説明する。

何らかの場合において、前記放射モジュール１１０は、前記エミッタアレイにおける前記複数のレーザ／エミッタを制御するように構成される駆動回路１１３を含んでもよい。例えば、複数の駆動用トランジスタは、それぞれがＶＣＳＥＬｓの列又は行（又は他のサブセット）に接続されるようにアレイに配置して、前記各個別のＶＣＳＥＬの個別制御を可能にしてもよい。例えば、前記エミッタアレイはｍ列とｎ行を有するエミッタの２次元ｍ×ｎアレイとして構成してもよく、前記駆動回路１１３のレイアウトは、前記ｍ×ｎアレイの各アドレス（例えば、行インデックス、列インデックス）を前記駆動回路１１３の行セレクタ及び列セレクタによって選択できるように、設計してもよい。何らかの場合において、前記駆動回路１１３は１つ又は複数のエミッタの選択されたセットを構成又は制御するために前記制御ユニット１３０から制御信号を受信してもよい。ＶＣＳＥＬｓを制御するための前記回路の詳細は以下において図３を参照しながら説明する。

いくつかの実施形態において、前記検出モジュール１２０は、例えば、それぞれが個別にアドレス指定及び／又は制御可能な光センサの２次元アレイであり得る検出器アレイ１２１を含んでもよい。光センサは測距測定において特定の解像度画素に対応してもよい。検出器アレイは、それぞれが光を電気信号に変換できる光センサのアレイを含んでもよい。光センサは単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤｓ）等のような複数の光検出器を含んでもよい。前記光検出器は、単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤ）、単一光子検出器、又は、個別に制御可能でセンサ出力信号を出力するために用いることができるものであれば、他の種類のセンサであってもよい。何らかの場合において、光センサは、画素に対応する光検出器アレイの電源をオン／オフできるように個別にアドレス指定及び制御可能な光検出器アレイを含んでもよい。代替的に又は加えて、個別の光センサの１つ又は複数の動作パラメータは、画素に対応する光検出器アレイから選択された１つ又は複数の光検出器のサブセットの電源をオン／オフすることで制御又は動的に構成してもよい。

前記検出モジュール１２０は検出器アレイ１２１における個別の画素を動的に有効化／無効化する機能を備えてもよい。前記検出モジュール１２０は、前記アレイにおける個別の画素を動的に有効化／無効化し、及び／又は画素において光検出器のサブセット（例えば、ＳＰＡＤｓ）を動的に有効化／無効化することで、検出モジュールを画素レベル又はサブ画素レベルで構成する機能を備えてもよい。いくつかの実施形態において、前記検出器アレイ１２１は、前記アレイにおける個別の画素を動的に有効化／無効化することで検出モジュール１２０のダイナミックレンジを高くしそのクロストーク効果に対する耐性を改善するように構成される検出器回路１２３に動作可能に結合してもよい。

前記検出器回路１２３は前記検出器アレイ１２１における前記複数の光センサを個別に制御するように構成してもよい。何らかの場合において、前記検出器回路１２３は、前記光センサアレイを画素レベルで構成できるように、複数の画素レベル回路を含んでもよい。例えば、画素に対応する１つ又は複数の光検出器、例えば、ＳＰＡＤｓは、前記検知パターンに応じてオン／オフし又は起動／停止してもよい。何らかの場合において、画素に対応する１セットの１つ又は複数の光検出器（例えば、ＳＰＡＤｓ）の前記動作パラメータ又は動作状態は、前記１セットの１つ又は複数の光検出器（例えば、ＳＰＡＤｓ）に受信される光エネルギーの量を制御してセンサ出力信号（例えば、信号の振幅）を調整できるように構成してもよい。

電気信号に変換すべき光エネルギーの量は、信号に対応するＳＰＡＤｓのセットにおいて起動される光検出器（例えば、ＳＰＡＤｓ）の数を制御することで、及び／又は返送光パルスのセットからの光パルスのサブセットの選択を制御することで、制御してもよい。いくつかの実施形態において、前記検出器回路１２３は、画素に対応する光検出器のセットからの光検出器のサブセットを有効化／立ち上げて光エネルギーの量を受信するように構成してもよい。いくつかの実施形態において、前記検出器回路１２３は、出力信号を生成するための対応する光エネルギー全体を制御できるように、出力信号を形成するために加算される返送光パルスの数／カウント又は該返送光パルスのサブセットを選択するように構成してもよい。例えば、前記検出器回路は、光信号を電気信号に変換するように構成されるパルス検出回路を含んでもよい。前記パルス検出回路は、電気信号に変換すべき受信光エネルギーの量を変更することで構成又は制御可能な振幅／強度を有するセンサ出力信号を生成するように構成してもよい。何らかの場合において、電気信号が単一の光パルスに基づいて生成される場合、前記パルス検出回路は、センサ出力信号を形成するための電気信号の異なる組み合わせを加算することでセンサ出力信号を生成してもよい。前記センサ出力信号は、返送された連続光パルスの選択されたサブセット又は返送された非連続光パルスの組み合わせの光エネルギーの量に基づいて生成してもよい。前記検出器回路及び前記検出器アレイの詳細については、以下において説明する

いくつかの実施形態において、前記放射モジュール１１０及び前記検出モジュール１２０は、制御ユニット１３０に通信可能に結合してもよい。前記制御ユニット１３０は、前記放射モジュール１１０及び／又は前記検出モジュール１２０へ命令又は制御信号を生成し、前記検出モジュール１２０によって生成される出力信号を受信するように構成してもよい。命令の例は、前記エミッタアレイにおけるエミッタの選択されたサブセットを起動又は停止し、放射モジュールの発射パターンを指定し、前記発射パターンと同期した前記検出モジュールの検知パターンを指定し、及び前記検出器アレイのための１つ又は複数の動作パラメータ（例えば、画素において起動すべきＳＰＡＤｓのサブセット、又はセンサ読み取りを形成するための返送信号のサブセットの選択）、前記検出器アレイのための他の動作パラメータ、例えばバイアス、サンプリング継続時間、信号処理等を、画素レベルで指定するものを含んでもよい。前記制御ユニット１３０は、更なるデータ処理（例えば、最終距離計算又は３Ｄ画像生成）のために前記検出モジュール１２０からセンサ出力信号を受信してもよい。

前記制御ユニット、機能、アルゴリズム、動作、回路又は方法は、ソフトウェア、ハードウェア又はファームウェア又はそれらの組み合わせを使用して実施することができる。いくつかの実施形態において、前記制御ユニットは、１つ又は複数のプロセッサ及びプログラム命令を記憶するための少なくとも１つのメモリを含んでもよい。前記プロセッサはライダーシステムのコンポーネントであってもよい。代替的に、前記プロセッサは前記ライダーシステムと通信するとともにその外部に存在してもよい。前記プロセッサは、特定の命令セットを実行可能な単一又は複数のマイクロプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡｓ）、又はデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰｓ）であってもよい。コンピュータ可読命令は、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ－ＲＯＭ（ｃｏｍｐａｃｔ ｄｉｓｋ－ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ：コンパクトディスク読み取り専用メモリ）、及びＭＯ（ｍａｇｎｅｔｏ－ｏｐｔｉｃａｌ：光磁気）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（ｄｉｇｉｔａｌ ｖｅｒｓａｔｉｌｅ ｄｉｓｋ－ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ：デジタル多用途ディスク読み取り専用メモリ）、ＤＶＤ ＲＡＭ（ｄｉｇｉｔａｌ ｖｅｒｓａｔｉｌｅ ｄｉｓｋ－ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ：デジタル多用途ディスクランダムアクセスメモリ）、又は半導体メモリ等のような、有形の非一時的なコンピュータ可読媒体に記憶してもよい。前記制御ユニットは、前記ライダーシステムと通信するスタンドアロンデバイス又はシステムであってもよい。代替的に、前記制御ユニットは前記ライダーシステムのコンポーネントであってもよい。本明細で開示した方法、例えばリアルタイム条件に応答して放射パターン及び／又は検知パターンを生成する方法は、例えば、ＡＳＩＣｓ、専用コンピュータ、又は汎用コンピュータのような、ハードウェアコンポーネント又はハードウェアとソフトウェアの組み合わせで実施することができる。

何らかの場合において、前記制御ユニット１３０は、パターン生成器及び信号解析モジュール等のような多機能コンポーネントを実行又は含んでもよい。何らかの場合において、前記パターン生成器は、エミッタの選択されたサブセットが同時に起動されて前記放射パターンによって指定された時間的プロファイルに基づいて光パルスを放射するように、エミッタの２次元アレイのための発射パターンを動的に生成し、及び、所定のマッピング関係に応じて個別の光センサの起動／停止を対応するエミッタの発射と同期させることで光センサの２次元アレイのための対応する検知パターンを動的に生成するように、構成してもよい。前記信号解析モジュールは前記検出モジュールから受信された出力信号を処理するように構成してもよい。前記パターン生成器及び前記信号解析モジュールの詳細については、以下において説明する。

図２は本発明のいくつかの実施形態に係る放射モジュール２００及び検出モジュール２１０の例を示す。何らかの場合において、前記放射モジュール２００は、ＶＣＳＥＬｓアレイ等のような複数の面発光レーザダイオード２０１及び駆動回路１１３を含んでもよい。前記放射モジュール２００は、光学レンズ等のような関連する放射光学系２０３を選択的に含んでもよいし、それと光通信してもよい。一実施形態において、ダイヤフラム２０５は前記光学レンズ２０３の焦点に配置してもよい。何らかの場合において、前記検出モジュール２１０は、ＳＰＡＤｓアレイ２１１及び前記検出器回路１２３等のような、個別にアドレス指定及び制御可能な光センサのアレイを含んでもよい。前記検出モジュール２１０は、関連する受信光学系２１３を選択的に含んでもよいし、それと光通信してもよい。前記個別にアドレス指定及び制御可能なエミッタアレイ又は検出器アレイは、放射／受信モジュール（例えば、簡単な光学系）の設計複雑度を低下させることができる。

いくつかの実施形態において、前記ＶＣＳＥＬｓアレイ２０１は、ｍ行とｎ列を有するＶＣＳＥＬｓの２次元ｍ×ｎアレイであってもよい。いくつかの実施形態において、ＶＣＳＥＬｓのサブアレイは、ＶＣＳＥＬｓのｍ×ｎアレイをエミッタのａ×ｂアレイ（ａ≦ｍ、ｂ≦ｎ）として構成できるように、グループ化してエミッタを形成してもよい。前記ＶＣＳＥＬｓアレイは実質的に平坦な表面に配置してもよく、前記ＶＣＳＥＬｓアレイから放射された前記レーザビームは関連する放射光学系２０３、２０５によってコリメートしてもよい。前記複数のＶＣＳＥＬｓは角度付けされてもなくてもよい。何らかの場合において、前記複数のＶＣＳＥＬｓは、平坦な基板上に基板表面に対して所定の角度で製造されることで前記ＶＣＳＥＬｓから放射された光パルスの方向を左右してもよい。代替的に、前記ＶＣＳＥＬｓアレイは非平坦な表面、例えば、一部の表面が区分的に傾斜した全体的に曲線状の表面に配置してもよく、各ＶＣＳＥＬは水平又は垂直方向に対して角度（例えば、ピッチ角、ヨー角等）を有してもよい。

前記エミッタアレイ２０７の寸法及び／又は構成（例えば、長さ、幅、及び／又は直径、ピッチ、有効面積、ＶＣＳＥＬ角度等）、前記検出器アレイ２１５の寸法及び／又は構成（例えば、長さ、幅、及び／又は直径、ピッチ、有効面積、ＶＣＳＥＬ角度等）、前記放射光学系２０３、２０５の配置（例えば、開口サイズ２０９、焦点距離２０８）、及び前記受信光学系２１３の配置（例えば、開口サイズ２１９、焦点距離２１７、前記放射光学系に対する位置等）は、前記返送光パルスの返送経路を予測でき且つ前記エミッタアレイと前記検出器アレイとをマッピングできるように、設計してもよい。前記エミッタアレイと前記検出器アレイは、例えば前記２次元アレイ面（例えば、放射表面）に対して空間的にマッピングしてもよい。例えば、前記エミッタアレイにおける１つ又は複数のＶＣＳＥＬｓと前記検出器アレイにおける１つ又は複数のＳＰＡＤｓは、所期の返送信号に対して空間的領域においてマッピングしてもよい。

何らかの場合において、前記放射モジュールと検出モジュールとはマッピング関係を有してもよい。前記マッピング関係は経時的に修正してもよい。前記マッピング関係は経時的に動的に変化（例えば、前記ライダーシステムの熱膨張等の性能ドリフト）してもよい。何らかの場合において、前記検出器アレイは前記エミッタアレイに対して移動しなくてもよい。代替的に、前記エミッタアレイは前記検出器アレイに対して可動としてもよい。前記放射モジュール又は前記検出モジュールは、可動コンポーネント（例えば、スキャナ、回転プラットフォーム）を含むか否かに関わらず、返送光経路のうちの経路が予測できれば又は前記検出器の所期の信号位置が所定のマッピング関係に基づいて特定できればよい。

図示の例において、前記ＶＣＳＥＬｓアレイ２０１の長さ、幅、及び／又は直径等のサイズは寸法２０７によって規定してもよい。例えば、前記ＶＣＳＥＬｓアレイの寸法（例えば、長さ、幅、及び／又は直径）は直径約１０ミリメートル（ｍｍ）、又は長さ１０ｍｍ×幅５ｍｍとしてもよい。前記ＶＣＳＥＬｓアレイの寸法は任意の適切な範囲、例えば、０．１ｍｍから１００ｍｍの範囲内としてもよい。前記ＶＣＳＥＬｓアレイは少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、又はそれ以上の列もしくは行を含んでもよい。行及び列の数はＶＣＳＥＬのサイズ、隣接するＶＣＳＥＬｓ間の間隔もしくはピッチ、及びＶＣＳＥＬｓアレイの総寸法によって制約され得る。面発光レーザダイオード（例えば、ＶＣＳＥＬｓ）の場合、隣接するＶＣＳＥＬｓのピッチ又は間隔は、約５０マイクロメートル（μｍ）以下、４０μｍ以下、３０μｍ以下、２０μｍ以下、１０μｍ以下、１μｍ以下、０．１μｍ以下、又は５０μｍ超の任意の値としてもよい。前記放射光学系の開口サイズ２０９は、約２０μｍ以下、１０μｍ以下、１μｍ以下、０．１μｍ以下、又は任意の２０μｍ超の長さ／幅／直径を含んでもよい。何らかの場合において、前記エミッタアレイ２００は、エミッタアレイがより高い密度（例えば、数千）のＶＣＳＥＬｓ又は他のレーザダイオードを含み得るように、設計してもよい。例えば、ＶＣＳＥＬダイの開口（レイジングが行われるアクティブ領域）は約１０μｍから約２０μｍの直径を有してもよい。前記ダイの長さは、無駄な（非アクティブ）領域を低減又は排除することで、及び、陽極と陰極の接点のための合計チップ長を数ミクロン保持することで、開口直径に数ミクロンを加えたものとして減らしてもよい。

いくつかの実施形態において、前記エミッタアレイのエミッタは１つ又は複数のＶＣＳＥＬｓに対応してもよい。何らかの場合において、エミッタは、その隣接するエミッタの視野から光パルスを異なる視野内に送信するように構成してもよい。何らかの場合において、エミッタから送信された光パルスは、３Ｄ画像中の画素又はスポットに対応してもよい。ＶＣＳＥＬｓの高密度によって、ＶＣＳＥＬｓのセットが単一のエミッタに対応可能になり、前記ＶＣＳＥＬｓセットはアドレス指定可能で個別に制御可能である。これにより、構成可能な解像度（例えば、時間的解像度及び空間的解像度）、光強度、ビーム形状又はサイズを有する動的発射パターンを提供することができ、それによって、異なる距離範囲内の測定用のビームは、干渉を引き起こすことなく個別に制御することができる。例えば、前記発射パターンは、疎のパターンであってもよく、それにより、隣接画素に対応するエミッタが同時に発射されなくなり、さらにクロストーク又は干渉が低減される。

何らかの場合において、エミッタは、測距測定において特定の解像度画素に対応する光センサへマッピングしてもよい。代替的に又は加えて、エミッタ又はビームスポットは測距測定において複数の画素へマッピングしてもよい。上述したとおり、マッピング関係は放射モジュールと前記検出モジュールの幾何学的構成に基づくものとしてもよい。例えば、マッピング関係は、前記エミッタアレイの寸法及び／又は構成（例えば、長さ、幅、及び／又は直径、ピッチ、有効面積、ＶＣＳＥＬ角度等）、前記検出器アレイの寸法及び／又は構成（例えば、長さ、幅、及び／又は直径、ピッチ、有効面積等）、前記放射光学系の配置（例えば、開口サイズ、焦点距離）、及び前記受信光学系の配置（例えば、開口サイズ、焦点距離、前記放射光学系に対する位置等）に少なくとも部分的に基づくものとしてもよい。

いくつかの実施形態において、マッピング関係は、前記ライダーシステムの、熱膨張によるオフセット／ドリフト等のような変化、又は前記ライダーシステムの、ビーム品質（例えば、ビームの形状又はサイズ）等の性能の変化を反映するために、動的に更新及び変更してもよい。何らかの場合において、マッピング関係の更新は、所与のエミッタへマッピングされた光検出器セットのアドレスの更新（例えば、ドリフトに対処するために元のＳＰＡＤｓセットからオフセットしたＳＰＡＤｓセットを選択すること、ビームスポットの形状又はサイズ変化に対処するためにアクティブ領域内のＳＰＡＤｓ数を増減すること）、画素に関する信号処理の変更（例えば、センサ出力信号を出力するためのより多く又はより少ない光パルスを加算すること）、及び他の様々な方式を含んでもよい。

前記光検出器アレイ、例えば、ＳＰＡＤアレイ２１１は、光エネルギーを光検出器アレイに集中させるように構成される関連光学系２１３によって返送光パルスを受信してもよい。いくつかの実施形態において、前記ＳＰＡＤアレイ２１１は、実質的に平坦な基板上に配置してもよい。代替的に、前記光検出器アレイは曲面上に配置してもよく、これにより、焦点合わせ及びスポットサイズ／形状についての光学的要求が緩和される。特に、曲面上に光検出器を配置することによって、通常の球面光学系に比べ、簡単な球面光学系で十分である。

前記検出器アレイ２１５の寸法及びサイズは、１つ又は複数の光センサ、例えば、ＳＰＡＤｓが、光スポットの到達するアクティブ領域に割り当てられるように、設計してもよい。例えば、１つ又は複数の光センサは、前記検出器アレイに入射するビームスポットのサイズ／形状により画定される領域に適合してもよい。一例として、前記アレイは、約５０マイクロメートル（μｍ）以下、４０μｍ以下、３０μｍ以下、２０μｍ以下、１０μｍ以下、１μｍ以下、０．１μｍ以下、又は任意の５０μｍ超のピッチ又は間隔を有するように設計してもよい。スポットサイズ／形状に対応するＳＰＡＤｓの数は、少なくとも２、３、４、５、６、７、８、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、６０、７０、８０、９０、１００又はそれ以上としてもよい。ＳＰＡＤｓアレイの高密度によって、ＳＰＡＤｓのセットが画素に対応可能になる。これにより、構成可能な解像度（例えば、時間的解像度及び空間的解像度）又は構成可能な出力信号（例えば、振幅）を有する動的検知パターンを提供することができ、それによって、不要な光学効果（例えば、死角又はクロストーク）を回避することができる

前記ＳＰＡＤアレイ２１１はｐ行とｑ列を有するＳＰＡＤｓの２次元ｐ×ｑアレイであってもよい。いくつかの実施形態において、ＳＰＡＤｓのサブアレイは、ＳＰＡＤｓのｐ×ｑアレイを光センサのｃ×ｄアレイ（ｃ≦ｐ、ｄ≦ｑ）として構成できるように、グループ化して光センサを形成してもよい。前記ＳＰＡＤアレイ２１１の列／行数は必ずしも前記ＶＣＳＥＬアレイ２０１の列／行数にマッチする必要がない。前記ＳＰＡＤアレイ２１１は、寸法２１５により規定されるサイズ、例えば長さ、幅、及び／又は直径等を含んでもよい。例えば、前記ＳＰＡＤアレイ２１１は、約１５ｍｍ（例えば、直径）、又は３００ｍｍ×１５０ｍｍ（例えば、長さ×幅）の寸法（例えば、長さ、幅、及び／又は直径）を有してもよい。前記ＳＰＡＤアレイの長さ又は幅は任意の適切な範囲、例えば、０．１ｍｍから１０００ｍｍの範囲内としてもよい。前記ＳＰＡＤアレイは少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、又はそれ以上の列又は行を含んでもよい。前記行と列の数は、上述したように、ＳＰＡＤのサイズ（例えば、約１０μｍ）、隣接するＳＰＡＤｓ間の間隔又はピッチによって制約され得る。前記受信光学系の開口サイズ２１９は、約２０μｍ以下、１０μｍ以下、１μｍ以下、０．１μｍ以下、又は任意の２０μｍ超の長さ及び／又は幅としてもよい。

いくつかの実施形態において、１つ又は複数の光検出器、例えば、ＳＰＡＤｓは、グループ化し、画素又は検知チャネルに対応してもよい。検知チャネルは画素に対応する光パルスを測定できる。何らかの場合において、光検出器のグループは、測距測定において特定の解像度画素に対応する光センサを形成してもよい。何らかの場合において、光センサは、例えば、前記検出器アレイにおける個別の画素を動的に有効化／無効化する能力、又は所与の画素に対応するＳＰＡＤｓセットのサブセットを有効化／無効化する能力を備えるＳＰＡＤｓのような、光検出器のセットを含んでもよい。これにより、光センサ全体をオン／オフすることに加えて、単一の光センサの１つ又は複数の動作パラメータを制御することができ、それによって、画素の性能又は検知チャネルの出力信号（例えば、振幅）を調整することができる。上述したとおり、前記検出器アレイの１つ又は複数の光センサ（例えば、ＳＰＡＤｓの集合）は、前記エミッタアレイの１つ又は複数のエミッタにマッピングしてもよく、それによって、前記光センサは対応するエミッタから放出される光パルスを受信するように構成することができ、センサ出力信号は対応する検知チャネルによって生成して画素値を生成することができる。

前記光検出器（例えば、ＳＰＡＤｓ）は高密度としてもよいが、隣接するアクティブ光センサ間の間隔は構成可能としてもよく、これによって、前記光検出器アレイの緊密なピッチにより隣接検知チャネル間に発生し得るクロストークを低減することができる。アクティブ光センサ間の間隔（例えば、画素ピッチ）は、対応する光検出器セットを有効化／無効化することで構成してもよく、それによって有効化された光検出器セットは最適な間隔（例えば、垂直方向、水平方向）で分離される。例えば、隣接するＳＰＡＤｓが互いに５０ミクロンの間隔で分離されたＳＰＡＤｓのアレイにおいて、画素ピッチは約２００ミクロン又は４００ミクロンとしてもよい。

何らかの場合において、ビームスポットは複数の画素に対応してもよく、各画素は１つ又は複数のＳＰＡＤｓに対応してもよい。前記光検出器アレイの高密度によって、ＳＰＡＤｓのセットは単一のエミッタに対応可能になり、それによって、検知チャネルの１つ又は複数の動作パラメータを調整することができる。例えば、検知チャネル／画素に対応する前記ＳＰＡＤｓセットのサブセットは、光パルスを受信するように有効又はオンにすることで出力信号を形成するための光エネルギーの量を調整することができる。加えて、センサ読み取りを形成するための返送信号のサブセットの選択も、信号処理（例えば、出力信号を形成するために加算される光パルスの数の変更）によって調整できる。

図３は本発明のいくつかの実施形態に係る個別にアドレス指定及び制御可能なエミッタを有するエミッタアレイ３０１の例を示す。前記エミッタアレイ３０１は、それぞれが個別にアドレス指定可能で且つ駆動回路で制御可能なレーザダイオード３０１－１、３０１－２、３０１－３の２次元アレイを含んでもよい。何らかの場合において、前記駆動回路は行駆動回路３１０－１及び列駆動回路３１０－２を含んでもよい。前記駆動回路は図１に示す駆動回路と同じであってもよい。例えば、複数の駆動用トランジスタはアレイに配置してもよく、それによって、各駆動用トランジスタ３１１－１、３１１－２はレーザダイオード、例えば、ＶＣＳＥＬｓの列又は行（又は他のサブセット）に接続することができ、さらに、各個別のＶＣＳＥＬの個別制御が可能になる。

前記駆動回路 ３１０－１、３１０－２は、エミッタアレイを流れる電流を管理する半導体装置、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、ＦＰＧＡｓ、ＡＳＩＣｓ等であってもよい。図示の例において、前記駆動用トランジスタはアレイ３１０－２、３１０－２に配置してもよく、それによって、各駆動用トランジスタは、接続された（又は共有のもしくは通常の陰極／陽極に接続された）ＶＣＳＥＬｓの列又は行（又は他のサブセット）に直列に接続することができ、さらに、各個別のＶＣＳＥＬの個別制御が可能になる。各ＶＣＳＥＬの端末には異なるトリガ信号を応用してもよい。図３に示すように、前記トリガ信号はＨ（高電圧）又はＬ（低電圧）又はＺ（高インピーダンス）であってもよい。例えば、各ＶＣＳＥＬの正極又は陽極端末に応用されるトリガ信号はＨ（高電圧）又はＬ（低電圧）としてもよく、ＶＣＳＥＬの陰極に応用されるトリガ信号はＬ（低電圧）又はＺ（高インピーダンス）としてもよく、それによって、各ＶＣＳＥＬの起動を制御する。例えば、ＶＣＳＥＬ３０１－３の陽極端末がＨに接続され、陰極がＬに接続される場合、大電流がＶＣＳＥＬ３０１－３を流れ得るため、ＶＣＳＥＬが起動される。別の例において、ＶＣＳＥＬ３０１－１の陽極端末がＨに接続され、陰極がＺに接続される場合、ＶＣＳＥＬ３０１－３を流れる電流が減少し得、ＶＣＳＥＬが起動されないことがある。更なる例において、ＶＣＳＥＬの陽極端末がＬに接続され、陰極がＺ又はｌｏｗに接続される場合、ＶＣＳＥＬ３０１－３、３０１－４を流れる電流が減少し得、ＶＣＳＥＬが起動されないことがある。陽極又は陰極の電圧レベルを個別に変更することで、ＶＣＳＥＬを迅速にオン／オフすることができる。

何らかの場合において、高インピーダンスの導入は、ＶＣＳＥＬの迅速なオン／オフを可能にするとともに、ＶＣＳＥＬの保護に役立つ。何らかの場合において、陽極に低電圧が印加され、陰極に高電圧が印加される場合、ＶＣＳＥＬには高逆電圧により逆降伏が発生し得る。本発明で提供されるエミッタアレイは、ＶＣＳＥＬの陽極に高電圧レベルを印加すると同時に陰極に低電圧レベルを印加することでＶＣＳＥＬをオンにし、及び、ＶＣＳＥＬの陽極に低電圧レベルを印加すると同時に陰極に高インピーダンス電圧レベルを印加することでＶＣＳＥＬをオフにすることができる。これにより、ＶＣＳＥＬは、逆降伏が発生することなく、迅速に個別にオン／オフすることができる。前記ＶＣＳＥＬｓアレイは図２に示すＶＣＳＥＬｓアレイと同じであってもよい。

いくつかの実施形態において、駆動用トランジスタのアレイ（例えば駆動用トランジスタ３１０－１のアレイ及び駆動用トランジスタ３１０－２のアレイ）は、レーザダイオードに近い基板上に組み立て、エミッタアレイの異なる領域における個別のＶＣＳＥＬｓ又はＶＣＳＥＬｓのサブセットの動作及び／又は放射パワーの動的調整又は制御に使用してもよい。前記エミッタアレイは任意の適切な接続構成を有してもよい。接続構成の柔軟性により、電流の制御及び／又は性能の増強もしくは最大化が可能になる。例えば、より少ない又はより多くの駆動用トランジスタは、各ＶＣＳＥＬｓもしくはＶＣＳＥＬｓのグループ（様々なグループサイズを有する）及び／又は出力パワーを制御するために提供してもよい。図示の例において、各ＶＣＳＥＬは個別にアドレス指定及び制御可能である。その他の場合、ＶＣＳＥＬｓのセットは個別にアドレス指定及び制御可能である。

図５は、個別にアドレス指定及び制御可能なエミッタのサブセットを有するエミッタアレイの例を示す。例えば、図５に示すように、複数のＶＣＳＥＬｓはエミッタ及び／又はアドレスに対応するようにグループ化してもよい（例えば、ＶＣＳＥＬｓの２×２グリッド）。ＶＣＳＥＬｓのグループは、直列及び／又は並列に電気接続してもよく、該グループは個別にアドレス指定及び制御可能である。何らかの場合において、ＶＣＳＥＬｓのグループは、エミッタ、３Ｄ画像における画素又はスポットに対応してもよい。ＶＣＳＥＬｓのグループはｍ行とｎ列を有するエミッタのｍ×ｎアレイを形成してもよい。例えば、駆動回路３１０－１はＶＣＳＥＬｓのグループの陽極に接続されるｍ個のトランジスタを含んでもよく、陽極の数は、該グループ／エミッタの行数、即ちｍに対応してもよい。同様に、駆動回路３１０－２は、ＶＣＳＥＬｓのグループの陰極に接続されるｎ個のトランジスタを含んでもよく、前記陰極の数は、該グループ／エミッタの列数、即ちｎに対応してもよい。グループ内のＶＣＳＥＬｓの数はエミッタアレイ間で同じであってもなくてもよい。何らかの場合において、ＶＣＳＥＬｓ／エミッタのグループによって生成されるビーム又は光パルスの光学特性は別のＶＣＳＥＬｓ／エミッタのグループによって生成されるものと同じであってもなくてもよい。

何らかの場合において、駆動用トランジスタのアレイはコントローラ３３０により生成される列信号と行信号によって個別にアドレス指定可能である。前記コントローラ３３０は図１に示すような前記制御ユニットと同じであってもよい。例えば、駆動用トランジスタ（例えば、トランジスタ３１１－１、３１１－２）は、１つ又は複数のＶＣＳＥＬｓの各々（例えば、ＶＣＳＥＬ３０１－１）に提供されるパワー／電流を変更するように、個別に起動してもよい（例えば、導電になるようにバイアスする）。図示の例において、アドレスに対応する１つ又は複数のＶＣＳＥＬｓは、行セレクタ及び列セレクタとして機能する１つ又は複数のＶＣＳＥＬｓの陽極及び陰極に接続される１対のトランジスタによって制御してもよい。いくつかの実施形態において、駆動回路は前記コントローラ３３０によって生成される制御信号及び／又は命令を受信してもよい。前記命令は、例えば、アドレスによって指定された各ＶＣＳＥＬｓ／エミッタの起動／停止、発射パターン又は発射パターンの１つ又は複数のパラメータ（例えば、起動すべきＶＣＳＥＬｓ／エミッタのアドレス、選択されたエミッタによって放射されるマルチシーケンスの時間的プロファイル等）の指定、又は他の操作を含んでもよい。

何らかの場合において、駆動回路は、より高速なパルス生成のために、スイッチ、エネルギー蓄積装置（例えば、キャパシタ又は類似のエネルギー蓄積装置）等のような他の電子要素を含んでもよい。何らかの場合において、駆動回路は、前記エネルギー蓄積素子を順次又は一括で充電するように構成される複数の充電ユニットを含んでもよい。前記複数の充電ユニットは、コントローラ３３０によって生成される制御信号に応答して前記エネルギー蓄積素子に一定量の電気エネルギーを提供するように制御してもよい。

一例として、エミッタ（例えば、アドレスで選択される）によって生成される出力ビームのピックパワーは約１０ｍＷ、１００ｍＷ、１Ｗ、１０Ｗ、又は他の任意の適切な平均パワーとしてもよい。一例として、出力ビームは約１ｍＷ、１０ｍＷ、１００ｍＷ、１Ｗ、１０Ｗ、又は他の任意の適切な平均パワーを有してもよい。別の例として、出力ビームは、パルスエネルギーが約０．１μ．１、１μ．１、１０μ．１、１００μ．１、１ｍＪ、又は他の任意の適切なパルスエネルギーであるパルスを含んでもよい。別の例として、出力ビームは、ピックパワーが約１０Ｗ、１００ Ｗ、１ｋＷ、２ｋＷ、５ｋＷ、１０ｋＷ、又は他の任意の適切なピックパワーであるパルスを含んでもよい。

出力ビームのパワーは様々な範囲（例えば、遠場、近場）での測定が可能な画素／エミッタレベルで制御してもよい。出力ビームのパワーは、レーザダイオードの分布及び／又は各エミッタ／レーザダイオードによって生成される光パルスの時間的プロファイルを調整することで調整してもよい。例えば、光パワー密度を減少させるために、レーザダイオードの基板上での分布は選択してもよく、及び／又はレーザダイオードの動作は（トランジスタで）動的に調整又は制御してもよく、それによって、所望の動作波長で広い検出範囲と目の安全性を提供する（例えば、ＧａＡｓ ＶＣＳＥＬｓには約９０５ｎｍとし、ＩｎＰ ＶＣＳＥＬｓには約１５００ｎｍとする）。

エミッタアレイ配置の柔軟性及びエミッタアレイの構成可能性により、前記ライダーシステムの性能を改善することができる。例えば、アクティブエミッタ間の間隔を最適化することで、熱管理を提供し、動作中の放熱を改善することができる。加えて、発射パターンを決定することで低い動作温度を提供することができる。

図３の回路の実施例及び接続構成は、前記エミッタのアレイを個別にアドレス指定可能に構成可能な方法の単なる例である。しかし、本明細書で記載された実施形態はこの特定の配置に限定されない。回路の他の配線接続又はレイアウトも、高度に構成可能な適応放射モジュールを実現するために応用可能である。

何らかの場合において、前記放射モジュールの発射パターンは、異なる測定範囲、チャネル条件（例えば、ＳＮＲ）、環境の複雑性、目の安全上の要件等に対処するように動的に生成してもよい。例えば、前記発射パターンは、第１光パルスが低いピックパワーを有し、第２パルスが高いピックパワーを有するような時間的プロファイルを指定してもよく、前記２つの光パルスは、所定の時間閾値（例えば、１０ｎｓ）より大きな時間間隔で分離してもよく、それによって、オブジェクトが前記閾値に対応する距離（例えば、１．５ｍ）内に検出される場合、ピックパワーが高い方の第２パルスが発射されない。別の例において、より高い割合のパルスエネルギーは、放射出力ビームの遠場パターンを変更するためにＶＣＳＥＬｓの選択されたサブセットに供給してもよく、それによって、遠場測定に対応する方向ではより大きい量のパワーを受信することができる。しかし、何らかの場合において、このような長距離又は遠場測定のための高パワー光パルスは、干渉又は３Ｄ画像における隣接画素の過剰露光等の不要な効果をもたらすことがある。このような場合、疎の発射パターンを生成してもよく、それによって、隣接画素が同時に発射されなくなり、さらに上記光学効果が解消する。

図４は前記放射モジュールの疎の発射パターンを概略的に示す。上記で図３を参照しながら同様に検討したように、エミッタアレイにおけるエミッタは個別にアドレス指定又は制御可能である。前記エミッタアレイは発射パターンに応じて光パルスを発射するように制御してもよい。何らかの場合において、前記発射パターンは所与の時点で２次元の空間的領域（例えば、エミッタアレイ面）において疎になり得、それによって、隣接する信号チャネル間のクロストークが低減され、エネルギー効率が改善される。例えば、隣接画素に対応するエミッタは同時に発射しなくてもよく、それによって、クロストーク又は干渉が低減される。例に示すように、所与の時点で、エミッタ４０１、４０３、４０５は同時に起動してもよく、アクティブエミッタ４０１、４０３、４０５は最適な間隔で分離してもよく、それによってこれらのエミッタによって同時に発射される測定光ビーム間の重なり又は干渉が大幅に低減される。アクティブエミッタは行方向（例えば、エミッタ４０１、４０３）又は列方向（例えば、エミッタ４０３、４０５）に沿った間隔で分離してもよい。同時に起動されたエミッタは、１つ又は複数の非アクティブエミッタで分離してもよい。

上述したように、発射パターンは、光パルスを同時に発射するためのエミッタの選択されたセットの起動又は停止を規定することができる。発射パターンは個別のエミッタによって放射されるマルチシーケンスの時間的プロファイルを指定することもできる。発射パターンは、本明細書の他の場所で記載されたようにコントローラ３３０によって生成してもよく、制御信号は、各個別のエミッタによって生成される光パルスの放射を制御するように駆動回路（例えば、３１０－１及び３１０－２）に送信してもよい。

前記検出モジュールのための検知パターンは前記エミッタアレイと前記検出器アレイとの所定のマッピング関係、及び１つ又は複数のリアルタイム条件に基づいて生成してもよい。前記検知パターンは前記検出器アレイを制御するための複数のパラメータを規定してもよい。例えば、前記検知パターンは、同時測定のために起動すべき光センサ（即ち、画素に対応する１つ又は複数のＳＰＡＤｓ）のアドレス、前記検出器アレイの画素レベルでの動作パラメータ（例えば、画素において起動すべきＳＰＡＤｓのサブセット又はセンサ読み取りを形成するための返送信号のサブセットの選択）、及び前記検出器アレイの他の動作パラメータ、例えばバイアス、サンプリング継続時間、信号処理等を指定してもよい。

図６は本発明のいくつかの実施形態に係る個別にアドレス指定及び制御可能な光センサを有する検出器アレイ６００の例を示す。前記検出器アレイ６００は、それぞれが画素レベル回路６０１－２によって個別にアドレス指定及び制御可能な光センサ６０１、６０３、６０５のアレイを含んでもよい。例えば、各光センサ６０１は、各光センサの個別制御を可能にするように画素レベル回路に接続してもよい。光センサによって生成される出力信号は画素値（例えば、振幅）の生成又は更なる信号処理（例えば、距離測定）のために処理回路６１０に送信してもよい。

本明細書の他の場所で記載されたとおり、光センサは測距測定において特定の解像度画素に対応してもよい。検出器は、それぞれが光を電気信号に変換する１つ又は複数の光センサを含んでもよい。光センサは単一光子アバランシェダイオード（ＳＰＡＤｓ）等のような複数の光検出器を含んでもよい。光センサは測距測定において特定の解像度画素に対応してもよい。前記検出器は、アレイにおける個別の画素を動的に有効化／無効化し、及び／又は画素においてＳＰＡＤｓのサブセットを動的に有効化／無効化することで、画素レベル又はサブ画素レベルで検出器を構成する機能を備えてもよい。何らかの場合において、光センサは、個別にアドレス指定及び制御可能なＳＰＡＤｓアレイを含んでもよく、それによって、画素に対応するＳＰＡＤｓアレイをオン／オフすることができる。代替的に又は加えて、光センサの１つ又は複数の動作パラメータは、画素に対応するＳＰＤＡｓアレイから選択される１つ又は複数のＳＰＡＤｓのサブセットをオン／オフすることで制御又は動的に構成してもよい。前記光センサ、検出器アレイ及び光検出器は本明細書の他の場所で記載されたものと同じであってもよい。

前記画素レベル回路６０１－２は、前記検出器アレイ６００における画素を有効化／無効化するように光センサに電気的に接続してもよい。前記画素レベル回路６０１－２は、画素に対応する１つ又は複数のＳＰＡＤｓに接続してもよい。図示の例において、光検出器、例えば、ＳＰＡＤ６０１－１は、画素レベル回路６０１－２によって個別の制御し、センサ出力信号を出力してもよい。図７は、画素レベル回路によって有効化／無効化可能なＳＰＡＤを含む、個別に制御された光センサ７００の例を示す。各ＳＰＡＤは、バイアス、クエンチング及び再充電のためのアナログフロントエンド回路を有してもよい。ＳＰＡＤｓは通常、降伏電圧を超えるバイアス電圧でバイアスされる。図示の例において、ＳＰＡＤは、例えば制御スイッチＣＴＬ２（ＣＴＬ２がオンとされる）、スイッチＣＴＬ３（ＣＴＬ３がオフとされる）及びＣＴＬ１（ＣＴＬ１がオフとされる）によってＳＰＡＤのバイアス電圧を降伏電圧より低くすることで無効又はオフにしてもよい。同様に、前記ＳＰＡＤは、ＣＴＬ１及びＣＴＬ３をオンにし、ＣＴＬ２をオフにすることで有効又はオンにしてもよい。非アクティブエミッタに対応するＳＰＡＤｓを選択的に無効化することで、システムの電力消費を低減することができる。

図６を再度参照し、図示の例では、複数の画素レベル回路はアレイに配置してもよく、それによって、１つ又は複数のＳＰＡＤｓのセットを含む各光センサに各画素レベル回路を接続することができる。前記ＳＰＡＤｓアレイは図２に示すＳＰＡＤアレイと同じであってもよい。

いくつかの実施形態において、前記画素レベル回路は、ＳＰＡＤアレイに近い基板上に組み立て、１つ又は複数のＳＰＡＤｓの各セット又は前記検出器アレイの異なる領域内のＳＰＡＤｓのサブセットの動的オン／オフ又は有効化／無効化に使用してもよい。前記検出器アレイは任意の適切な接続構成を有してもよい。接続構成の柔軟性は、ＳＰＡＤｓアレイの解像度を構成するために役立つ。例えば、個別にアドレス指定及び制御可能なＳＰＡＤｓのアレイはさらにグループ化してもよく、それによってＳＰＡＤｓのグループは画素を形成できる。これにより、光センサ／画素の性能又は画素に対する動作パラメータをさらに良好に構成することができる。

前記検出モジュールは、様々なレベルで構成又は動的に調整してもよい。例えば、前記検出モジュールは、光センサの選択されたセットの有効化／無効化による構成可能なパワーレベル、調整可能なダイナミックレンジもしくは高いダイナミックレンジ（例えば、クロストークを低減するための疎の検知パターン）、又は画素レベルでの構成可能な動作パラメータ（例えば、画素における光検出器の選択されたサブセットの起動、出力信号を形成するためにセンサに受信される返送光パルスの選択されたサブセットの加算）を有してもよい。前記個別にアドレス指定及び制御可能な光検出器は、熱膨張によるドリフトの考慮、返送光束の変動の考慮、環境内の検出オブジェクトの考慮又は目の安全上の要件を含むがそれらに限定されないリアルタイム条件に対処するために、前記検知パターンを構成及び修正する際の柔軟性を提供することもできる。

図８は少なくとも光検出器セットを含む検出器アレイ８００、例えば、画素を形成するためにグループ化されたＳＰＡＤｓの例を示す。いくつかの実施形態において、各光検出器（例えば、ＳＰＡＤ）は個別にアドレス指定及び制御可能である。例えば、１セットの個別にアドレス指定可能なＳＰＡＤｓ８０１－１、８０１－２、８０１－３、８０１－４は単一の画素として動作してもよく、該ＳＰＡＤｓ８０１セットによって生成される出力信号は画素値（例えば、振幅）を生成するように処理回路（例えば、図６中の処理回路６１０）に送信してもよい。何らかの場合において、ＳＰＡＤｓアレイ８０１におけるＳＰＡＤ８０１－１、８０１－２、８０１－３、８０１－４の各々は図６に示すような画素レベル回路に電気的に接続してもよく、対応する画素レベル回路セットは、制御信号を（コントローラから）受信し、単一の画素として機能する処理回路に出力信号を送信してもよい。複数のＳＰＡＤｓが画素として動作するようにグループ化された場合、ＳＰＡＤに関連付けられる各回路はサブ画素レベル回路と呼ばれてもよい。代替的に又は加えて、ＳＰＡＤｓ８０１－１、８０１－２、８０１－３、８０１－４のセットは図６に示すような回路と同様な画素レベル回路に電気的に接続してもよく、それによって、ＳＰＡＤｓアレイ８０１はアドレス指定及び制御可能になる。この場合、アドレスは、ＳＰＤＡｓのセット、例えばＳＰＡＤｓ８０１－１、８０１－２、８０１－３、８０１－４の２×２グリッドに対応してもよい。ＳＰＡＤｓのグループ又はセットは、直列に及び／又は並列に電気接続してもよく、前記グループは個別にアドレス指定及び制御可能である。ＳＰＡＤｓ８０１、８０３、又は８０５のグループは光センサ、３Ｄ画像における画素又はスポットに対応してもよい。

何らかの場合において、ＳＰＡＤｓのグループは返送光パルスを受信するための前記検出器アレイにおける領域に対応してもよい。該ＳＰＡＤｓグループは出力信号のためのアクティブ領域を変更するように有効化／無効化してもよい。前記アクティブ領域の面積、形状及び／又は位置は、有効化すべきＳＰＡＤｓの選択を制御することで変更又は構成することができる。何らかの場合において、アクティブ領域に対応するＳＰＡＤｓアレイのサイズ（例えば、ＳＰＡＤｓの数）を変更することで、前記アクティブ領域の面積及び／又は形状を調整してもよい。前記アクティブ領域又は該アクティブ領域を指定する検知パターンは、前記ライダーシステムの動作中に動的に調整又は構成することができる。

図９は各グループが個別に構成、アドレス指定及び制御可能な数グループのＳＰＡＤｓアレイの例を示す。例えば、ＳＰＡＤｓの３×３アレイは画素を形成するようにグループ化してもよい。アクティブ領域９０１の面積は２×２アレイを含むアクティブ領域より大きくしてもよい。何らかの場合において、所与のグループから選択されたＳＰＡＤｓのサブセットを起動することで、アクティブ領域の形状又は面積を制御してもよい。例えば、アクティブ領域の形状及び面積は、３×３アレイ９０３からＳＰＡＤｓのサブセットを選択することで変更してもよい。これにより、ビーム品質（例えば、ビームの形状又はスポットサイズ）のドリフトに対処することができる。何らかの場合において、異なるＳＰＡＤｓアレイのグループを起動／停止することで、アクティブ領域の位置を制御してもよい。アクティブ領域の位置制御上の柔軟性により、熱膨張による検出ドリフトに対処することができる。グループを形成するＳＰＡＤｓの数は配線接続を入れ替えることなく構成できる。これにより、アクティブ領域の面積を動的に調整し又は画像の解像度を構成することができる。

何らかの場合において、画素に対応する１つ又は複数の光検出器（例えば、ＳＰＡＤｓ）は検知パターンに応じて起動／停止してもよい。例えば、図８に示すように、ＳＰＡＤｓ（即ち、光センサ）８０１、８０３、８０５のグループは、光パルスを検出するために同時に有効化してもよい。何らかの場合において、起動された光センサ８０１、８０３、８０５は、最適な間隔で分離してもよく、それによって、隣接チャネル間の重なり又は干渉を大幅に低減することができる。有効化された光センサは、行方向（例えば、グループ８０１、８０３）、列方向（例えば、グループ８０１、８０５）又は両方での間隔で分離してもよい。有効化すべきアクティブグループ又は光センサは発射／放射パターンと同期して選択してもよい。

何らかの状況において、グループ内の光検出器セットの動作状態を個別に制御することで、光センサ／画素の動作パラメータを制御してもよい。例えば、光束が特定のレベル、例えば、低すぎる又は高すぎるレベルに達すると、グループ内のより多く又はより少ない光検出器が有効化される。例えば、画素に対応する光検出器セット（例えば、ＳＰＡＤｓ）は、該光検出器セット（例えば、ＳＰＡＤｓ）によって受信される光エネルギーの量を調整することで前記センサ出力信号（例えば、出力信号の振幅）を制御できるように、構成してもよい。例えば、アクティブ領域８０１は、アクティブ領域８０３によって受信された光束の方が高い場合、該アクティブ領域８０３に比べてより多くのアクティブＳＰＡＤｓが構成されてもよい。

図６を再度参照し、光センサによって生成される出力信号は、画素値（例えば、振幅）又は測定値を生成するように処理回路６１０に送信してもよい。出力信号の振幅は、光センサ／グループによって受信される光エネルギーの検出された光子の数に比例してもよい。これにより、高いダイナミックレンジを有する光センサが可能になる。例えば、少なくとも電気信号に変換される光エネルギーの量は、画素に対応するＳＰＡＤｓセット内のオンとされたＳＰＡＤｓの数を変更することで、及び／又は返送光パルスセットから選択される光パルスの数を変更することで、変更してもよい。センサ信号を出力するためにグループから選択されるＳＰＡＤｓ又はＳＰＡＤｓのサブセットの数は、本明細書の他の場所で記載されたように画素レベル回路又はコントローラによって制御してもよい。出力信号を形成するために加算される返送光パルスの数／カウント及び／又は返送光パルスのサブセットの選択は、処理回路（例えば、処理回路６１０）又は前記検出器アレイのパルス検出回路によって決定又は制御してもよい。

何らかの場合において、前記検出器回路は、光信号を電気信号に変更するように構成されるパルス検出回路を含んでもよい。前記パルス検出回路は、少なくとも１つの電気信号に変換される受信光子エネルギーの量を変更することでセンサ出力信号を生成するように構成してもよい。代替的に、電気信号が単一の光パルスに対応する場合、前記パルス検出回路は、前記センサ出力信号を形成するための電気信号の異なる組み合わせを加算することでセンサ出力信号を生成してもよい。何らかの場合において、前記パルス検出回路は、前記返送光パルスの選択されたサブセットに関連付けられる光エネルギーの量を指示するセンサ出力信号を生成してもよい。

何らかの場合において、パルス検出回路は、１つ又は複数の光子によってトリガされている所与の画素のための光検出器をバイナリ信号で計数するカウンタを含んでもよい。前記パルス検出回路及び／又は前記処理回路は、選択された返送光パルスのサブセットを加算してもよい。例えば、画素に対応する各光検出器又は光検出器のグループについて、前記回路（例えば、ＡＳＩＣ又はＦＰＧＡ）のメモリ（例えば、ＳＲＡＭ）は、マルチパルスシーケンスからのパルスのサブセットに対応する時間ウィンドウにわたって検出された光子のカウントを加算してもよい。何らかの場合において、前記パルス検出回路は、画素毎の時間デジタルコンバータ（ＴＤＣ）アーキテクチャ、ＴＤＣ共有アーキテクチャもしくは動的再割当方式で共有されるＴＤＣｓ、又は他の任意の適切なアーキテクチャを実行してもよい。何らかの場合において、有効なイベントのみがチップ外に（例えば、システムコントローラに）送信されるイベント駆動型の読み取り方法で、読み取り効率を改善してもよい。これは、前記ライダーシステムの検知パターンと放射パターンを同期させることで実現できる。

何らかの場合において、前記パルス検出回路は処理回路６１０に結合してもよい。代替的に、前記パルス検出回路は、前記処理回路６１０の一体部分又はコンポーネントであってもよい。前記処理回路６１０は、前記ライダーシステムのコントローラと通信してデータ（例えば、選択された返送光パルスの加算を指示する動作パラメータ等）を受信し、更なる信号処理（例えば、最終距離計算又は３Ｄ画像生成）のためにデータを前記コントローラに送信してもよい。何らかの場合において、前記処理回路６１０は、前記検出器アレイの技術で（例えば、ＣＭＯＳで）同じ基板上に組み立ててもよく、又は前記検出器アレイに接続してもよい。前記処理回路６１０は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡｓ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）又はデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰｓ）等のような集積回路であってもよい。前記処理回路は前記検出器アレイから読み取りを受信し信号処理を行うことができる。前記処理回路は、マッチするフィルタ等のような適切な機能モジュール及びピーク検出処理を実行して適時に返送信号を識別することができる。上述したとおり、前記処理回路は、更なる信号処理のために有効なイベントのみをシステムコントローラ（例えば、図１の制御ユニット１３０）に送信するイベント駆動型の方法を採用することで、読み取り効率を高めてもよい。これは、コントローラから検知パターンを受信し、有効化された光センサからのセンサ出力のみ読み取ることで実現できる。

上述したとおり、出力信号を形成するために加算される返送光パルスの数／カウント及び／又は返送光パルスのサブセットの選択は、測定中に動的に構成又は変更することができる。図１０は返送マルチパルスシーケンス１０２０から選択された返送パルスのサブセットを加算してセンサ出力信号１０３０を形成する例を示す。マルチパルスシーケンス１０１１は複数のパルスを含んでもよい。前記マルチパルスシーケンス１０１１は、エミッタアレイのエミッタ（例えば、ＶＣＳＥＬ又は１セットのＶＣＳＥＬｓ）から放射される測定信号であってもよい。マルチパルスシーケンスは、３Ｄ空間内のスポットに放射してもよく、又は実質的に同じ方向に沿って放射してもよい。前記マルチパルスシーケンス又は該マルチパルスシーケンスの少なくとも一部は、測定信号を生成するために用いることができる。前記マルチパルスシーケンスは、所定の時間的プロファイルに応じて変調された（パルスの）シーケンスであってもよい。前記返送パルスは、１つ又は複数の個別にアドレス指定可能な光センサに対応する検出器アレイにおけるアクティブ領域内に受信してもよい。マルチパルスシーケンスは任意の数のパルスを含んでもよい。例えば、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０又はそれ以上のパルスは短期間内に生成され、マルチパルスシーケンスを形成し得る。継続時間は、例えば、１０ｎｓ、２０ｎｓ、３０ｎｓ、４０ｎｓ、５０ｎｓ、６０ｎｓ、７０ｎｓ、８０ｎｓ、９０ｎｓ、１００ｎｓ、２００ｎｓ、３００ｎｓ、４００ｎｓ、５００ｎｓ、６００ｎｓ、７００ｎｓ、８００ｎｓ、９００ｎｓ、１μｓ、２μｓ、３μｓ、４μｓ、５μｓ以下としてもよい。異なるマルチパルスシーケンスの継続時間は、同じであってもなくてもよい。何らかの場合において、連続マルチパルスシーケンスの継続時間は異なってもよい。連続したマルチパルスシーケンスにおけるパルスの数は、同じであってもなくてもよい。前記複数のパルスはマルチパルスシーケンス１０１１内で可変振幅又は固定振幅を有してもよい。

何らかの場合において、センサ出力信号を形成するための返送パルスのサブセットは、１つ又は複数のパラメータに基づいて選択してもよい。前記１つ又は複数のパラメータは、センサ出力信号の振幅又は強度を決定してもよい。前記１つ又は複数のパラメータは、前記ライダーシステムのコントローラ（例えば、図１の制御ユニット１３０又は図３のコントローラ３３０）等のような計算ユニットによって生成してもよい。前記１つ又は複数のパラメータは、検出モジュールの検知パターンによって指定してもよい。何らかの場合において、前記１つ又は複数のパラメータは、マルチパルスシーケンスの時間的プロファイル及び１つ又は複数のリアルタイム条件に応じて決定してもよい。上述したとおり、シーケンスの時間的プロファイルは、パルスの数、時間間隔、シーケンスの継続時間、パルスの振幅、又はシーケンスにおけるそれらの組み合わせによって規定してもよい。前記１つ又は複数のリアルタイム条件は、推定測定範囲（例えば、遠場、近場）、近場において検出されたオブジェクト等を含んでもよい。何らかの場合において、信号を形成するために加算されるパルスの数又はパルスの選択は、前記推定検出範囲に基づいて決定してもよい。例えば、長距離での測定には、より大きなパルス数を加算してもよく、短距離又はより高反射のシナリオでの測定には、より小さなパラス数を加算してもよい。

前記１つ又は複数のパラメータは、例えば、選択されたパルスのサブセットを指示するパラメータを含んでもよい。例えば、前記１つ又は複数のパラメータは、センサ出力信号を形成するために加算されるパルスのカウント、又はセンサ出力信号を形成するために選択されるパルスの組み合わせを指示するパラメータを含んでもよい。前記１つ又は複数のパラメータは、パルスの選択されたサブセットの総光エネルギーを決定し得る他の任意の要因（例えば、返送光パルスが受信される時間ウィンドウ）を含んでもよい。例えば、マルチパルスシーケンスにおける複数のパルスが固定振幅を有する場合、センサ出力信号に変換すべき光エネルギーの量は、パルスの数によって決定してもよい。例えば、図１０に示すように、返送光パルス１０２０の数／カウントは、センサ出力信号を形成するために選択及び加算してもよい。個別のマルチシーケンス１０２１、１０２３から選択された光パルスの数／カウントは、前記センサ出力信号１０３０が調整可能な振幅／強度１０３１、１０３３を有し得るように、個別に制御してもよい。何らかの場合において、マルチパルスシーケンスにおける複数のパルスが可変振幅を有するならば、センサ出力信号に変換すべき光エネルギーの量は、返送光パルスからパルスの組み合わせを選択することで決定してもよい。この場合、異なる光パルスの組み合わせを選択することで、光エネルギーの加算された量を多数の値で形成することができる。センサ出力信号を形成するために選択された光パルスのサブセットは、光パルスの連続列であってもなくもよい。

いくつかの実施形態において、ライダーシステムには、前記ライダーシステムの前記放射モジュール及び／又は受信モジュールが様々なリアルタイム条件又は要求に適応できるように、適応制御機構を提供してもよい。前記適応制御機構は、例えば一度に光エミッタのサブセットを１つのみ起動することで、光エミッタの２次元アレイの発射パターンを制御し、及び個別の光センサの起動／停止を対応する光エミッタの発射と同期させることで光センサの２次元アレイの検知パターンを制御するように、構成してもよい。何らかの場合において、前記検知パターンは、エミッタ／検出器アレイに対する位置及び１つ又は複数の動作パラメータに関して発射パターンと同期してもよい。

いくつかの実施形態において、前記適応制御機構は、エミッタの２次元アレイのための放射パターンを生成するように構成されるパターン生成器を提供してもよく、それによって、エミッタの選択されたサブセットが同時に起動され、各エミッタは放射パターンによって指定された時間的プロファイルに基づいて光パルスを放射し、所定のマッピング関係に応じて個別の光センサの起動／停止を対応するエミッタの発射と同期させることで光センサの２次元アレイのための対応する検知パターンを生成する。前記放射モジュールの放射パターンと前記検出モジュールの前記検知パターンとを同期させるマッピング関係は、空間的領域（例えば、光センサがエミッタに関連付けられる）と時間的領域（例えば、個別の光センサの動作パラメータが光パルスの振幅等の時間的プロファイルに基づいて構成される）の両方で、前記エミッタアレイと前記検出器アレイとのマッピング関係を規定することができる。

いくつかの実施形態において、前記適応制御機構はパターン生成器と通信する適応放射モジュール及び適応受信モジュールを含んでもよい。図１１は本発明のいくつかの実施形態に係る適応制御機構を有するライダーシステム１１００を概略的に示す。いくつかの実施形態において、適応制御機構は、放射モジュール１１１０と通信するパターン生成器１１３１、及び検出モジュール１１２０を含んでもよい。前記放射モジュール１１１０は、エミッタアレイ１１１１及び駆動回路１１１３を含んでもよい。前記放射モジュール及び該放射モジュールのコンポーネントは、図１に示すもの又は本明細書の任意の場所で記載されたものと同じであってもよい。前記検出モジュール１１２０は、検出器アレイ１１２１及び検出器回路１１２３を含んでもよい。前記検出モジュール及び該検出モジュールのコンポーネントは、図１に示すもの又は本明細書の任意の場所で記載されたものと同じであってもよい。いくつかの実施形態において、前記パターン生成器１１３１は、前記ライダーシステムのコントローラ又は制御ユニット１１３０によって実行してもよい。前記制御ユニット１１３０は図１示すような制御ユニットと同じであってもよい。いくつかの実施形態において、前記制御ユニットは、前記検出器回路１１２３から出力信号を受信するように構成される信号解析モジュール１１３３をさらに含んでもよい。

前記パターン生成器１１３１は、発射／放射パターン及び検知パターンを動的に生成するように構成してもよい。前記発射パターンは、上述したように、エミッタアレイを制御するために前記放射モジュールに送信してもよい。代替的に又は加えて、発射パターンの１つ又は複数のパラメータの変化に応答する制御信号は、前記放射モジュールに送信するように生成してもよい。前記発射パターンは、エミッタアレイを制御するための複数のパラメータを規定してもよい。例えば、前記発射パターンは、起動すべきエミッタのアドレス及び／又は所与のエミッタによって放射された光パルスの時間的プロファイルを指定してもよい。

いくつかの実施形態において、前記発射パターンは、推定／目標測定範囲（例えば、近場障害物検出又は撮像、遠場障害物検出又は撮像）、環境の複雑性（例えば、環境内のオブジェクトの密度、潜在的オブジェクトへの分布等）、目の安全制限等のような１つ又は複数のリアルタイム条件に基づいて生成してもよい。例えば、光パルスのピックパワー又は振幅は、遠場測定において増加し、近場におけるオブジェクトの検出において低減するようにしてもよい（例えば、目の安全用途又は近場死角の回避）。別の例において、同時に起動されたエミッタのパターンは、クロストーク効果を低減するように設計してもよい（例えば、疎の発射パターン）。

前記パターン生成器１１３１は、上述したように、前記検出器アレイを制御するために前記検出モジュールに送信すべき検知パターンを生成してもよい。代替的に又は加えて、前記検知パターンの１つ又は複数のパラメータの変化に応答する制御信号は、前記放射モジュールに送信するように生成してもよい。前記制御信号は、同期するように前記検出モジュールに送信してもよく、それによって、アレイ内の個別の光センサの起動／停止は対応する光エミッタの発射と同期するようになる。

前記検知パターンは、前記検出器アレイを制御するための複数のパラメータを規定してもよい。例えば、前記検知パターンは、同時測定のために起動すべき光センサ（即ち、画素に対応する１つ又は複数のＳＰＡＤｓ）のアドレス、前記検出器アレイの画素レベルでの動作パラメータ、例えば画素において起動すべきＳＰＡＤｓのサブセット又はセンサ読み取りを形成するための返送信号のサブセットの選択、前記検出器アレイの他の動作パラメータ（例えば、バイアス、サンプリング継続時間）、及び信号処理を指定してもよい。

前記パターン生成器１１３１は、前記エミッタアレイと前記検出器アレイとの所定のマッピング関係及び１つ又は複数のリアルタイム条件に応じて検知パターンを生成してもよい。前記検知パターンの１つ又は複数のパラメータは、マッピング関係に基づいて決定してもよい。例えば、１つ又は複数のＳＰＡＤｓのアドレスは、放射パターン及びマッピング関係に応じて同時測定用に選択してもよく、該選択は測定中に柔軟に変更することができる。別の例において、例えば画素において起動すべきＳＰＡＤｓのサブセットの選択又はセンサ読み取りを形成するための返送信号のサブセットの選択のような、１つ又は複数の動作パラメータは、放射パターン（例えば、マルチシーケンスの時間的プロファイル）、１つ又は複数の検出されたリアルタイム条件、又は両方の組み合わせに基づいて決定してもよい。

前記放射モジュール、検出モジュール及び前記ライダーシステムは、例えば自発的イベント（例えば、オブジェクトの検出）又は緩変化イベント（例えば、システムの性能シフト）を含み得る様々な状況について構成及び動的に適応可能である。放射パターンの１つ又は複数のパラメータ（例えば、起動すべきエミッタのアドレス及び／又は所与のエミッタに関連付けられる光パルスの時間的プロファイル）及び／又は前記検知パターンの１つ又は複数のパラメータは、前記ライダーシステムの測定中又は動作中に画素レベル又はサブ画素レベルで動的に調整可能である。何らかの場合において、前記放射パターン及び／又は検知パターンは、画像フレーム毎に、距離測定毎に又は周期的に調整又は生成できる。代替的に又は加えて、前記放射パターン及び／又は検知パターンは、リアルタイム条件の検出に基づいて調整又は生成してもよい。

何らかの場合において、前記検知パターンの１つ又は複数のパラメータは、１つ又は複数の検出されたリアルタイム条件及び放射パターンに基づいて動的に決定してもよい。例えば、同時測定のために選択される１つ又は複数のＳＰＡＤｓの位置及び／又はアドレスは、システムの性能ドリフトに対処するように、周期的に又は所定の測定回数毎に動的に調整してもよい。例えば、所与のエミッタに対応するＳＰＡＤｓのグループ（例えば、アドレス／位置、アクティブ領域の形状）は、熱膨張によるドリフトの検出に応答して動的に調整してもよい。何らかの場合において、前記検知パターンの１つ又は複数のパラメータは、検出されたリアルタイム条件のみに基づいて動的に決定してもよい。例えば、パルスの数又は信号を形成するために加算されるパルスの選択等のような、個別の光センサの動作パラメータは、前記信号解析モジュールによって生成された前の距離測定値に基づいて決定してもよい。例えば、前の読み取りから取得された測定の範囲及び／又は信号強度に基づき、長距離での測定には、より大きなパルス数を加算してもよく、短距離又はより高反射のシナリオでの測定には、より小さなパラス数を加算してもよい。別の例において、オブジェクトが近場に位置することを前の読み取りが指示した場合、前記放射パターンを動的に調整し（例えば、光パルスのピックパワー／光エネルギーを低減）、対応する検知パターンを調整してもよく、それによって、センサ信号を出力するために、より少ない光パルス又はより低いピックパワーの光パルスを選択することができる。

何らかの場合において、マッピング関係は、前記検知パターンの１つ又は複数のパラメータの変化に応じて更新してもよい。例えば、異なるＳＰＡＤｓは検出ドリフトの検出に応答してエミッタに関連付けてもよい。代替的に又は加えて、マッピング関係は、前記検知パターンの１つ又は複数のパラメータが変化した場合に更新しなくてもよい。例えば、前記検知パターンの１つ又は複数のパラメータが、返送光束の変動等のような短時間、一時的又は自発的イベントに対処するように変更された場合、マッピング関係を更新しなくてもよい。

前記信号解析モジュール１１３３は前記検出モジュールから前記センサ出力信号を受信し画像を生成してもよい。何らかの場合において、前記信号解析モジュール１１３３は、返送信号を測定信号のシーケンスと相関させ、相関された信号間の遅延時間に基づいて距離を計算するように構成してもよい。いくつかの実施形態において、距離はマルチパルスシーケンスに関連付けられる飛行時間で計算してもよい。何らかの場合において、マルチパルスシーケンスに関連付けられる飛行時間は、シーケンス内の各パルスに関連付けられる飛行時間の平均値で決定してもよい。前記信号解析モジュール１１３３は、光パルスのサブセットに関連付けられる飛行時間に基づいて距離を計算してもよく、該飛行時間は、検出された光パルスのシーケンスと時間的プロファイルとの間の一致を決定すること決定してもよい。前記信号解析モジュール１１３３によって生成される測定値又は結果は、上述したように、前記検知パターンの１つ又は複数のパラメータ又は放射パターンを決定するために用いることもできる。

本発明で提供される適応制御機構は、様々なライダーシステムと組み合わせて使用することができ、又は様々な用途で使用することができる。説明された適応制御機構を装備したライダーシステムは、可動オブジェクトに設けて該可動オブジェクト周囲の環境を検知することができる。代替的に、前記ライダーシステムは静止のオブジェクトに装着してもよい。

本発明の可動オブジェクトは任意の適切な環境、例えば、空気中（例えば、固定翼航空機、回転翼航空機、又は固定翼及び回転翼の両方とも有さない航空機）、水中（例えば、船舶又は潜水艦）、地上（例えば、カー、トラック、バス、バン、オートバイ、自転車等の自動車、棒、釣り竿等のような可動構造もしくは枠、又は列車）、地下（例えば、地下鉄）、宇宙中（例えば、宇宙飛行機、衛星、又は探査機）、又はこれらの環境の任意の組み合わせ内を移動するように構成してもよい。前記可動オブジェクトは車両、例えば本明細書の他の場所で記載された車両であってもよい。いくつかの実施形態において、前記可動オブジェクトは、人間又は動物等の生体により持ち運ばれ得、又は生体から取り外され得る。

何らかの場合において、前記可動オブジェクトは、自律運転車、ドライバーレスカー、セルフドライビングカー、ロボットカー、又は無人車と呼ばれる自律車両であってもよい。何らかの場合において、自律車両は環境を検知し、人為的な入力が殆ど又は全くない状態でナビゲート又は運転するように構成される車両を指してもよい。一例として、自律車両は、いかなる時点にも運転者が車両を制御する予期なく、任意の適切な場所まで運転し、旅全体にわたって全ての安全重要機能（例えば、運転、操向、制動、駐車）を制御又は実行するように構成してもよい。別の例として、自律車両は、特定の環境において（例えば、高速道路上）運転者が運転タスクから安全に注意をそらすことが可能であり、又は自律車両は、運転者からの入力又は注意を殆ど又は全く要することなく、何らかの環境を除いた全ての環境において車両を制御することが可能である。

いくつかのインスタンスにおいて、前記ライダーシステムは、自律車両運転システムの一部として車両に組み込んでもよい。例えば、ライダーシステムは、自律車両の運転システムに周囲環境に関する情報を提供してもよい。一例において、前記ライダーシステムは、車両の幅広い水平視野及び垂直視野を提供してもよい。自律車両運転システムは、ライダーシステムから周囲環境に関する情報を受信し、受信された情報を解析し、車両の運転システム（例えば、ハンドル、加速装置、ブレーキ、又は方向指示灯）に制御信号を提供する１つ又は複数の計算システムを含んでもよい。

本明細書で使用されるＡ及び／又はＢは、Ａ又はＢの１つ又は複数、及びＡとＢ等のような、それらの組み合わせを含む。本明細書で用語「第１」「第２」「第３」等を使用して様々な部材、コンポーネント、領域及び／又はセクションを記載したが、これらの部材、コンポーネント、領域及び／又はセクションはこれらの用語に限定されるべきではないことが理解される。これらの用語は単に１つの部材、コンポーネント、領域又はセクションを別の部材、コンポーネント、領域又はセクションを区別するためのものである。したがって、本明細書で言及した第１部材、コンポーネント、領域又はセクションは、本発明の教示から逸脱することなく、第２部材、コンポーネント、領域又はセクションと呼ばれてもよい。

本明細書で使用した用語は単に特定の実施形態を説明するためのものであり、本発明を限定しようとするものではない。本明細書で使用された単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈上特に明記しない限り、複数形をも含むように意図される。さらに、用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（含む）」及び／又は「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む）」、又は「ｉｎｃｌｕｄｅｓ（包含）」及び／又は「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（包含）」は、本明細書で使用された際、述べられた特徴、領域、整数、工程、動作、部材及び／又はコンポーネントの存在を明記するものであり、１つ又は複数の他の特徴、領域、整数、工程、動作、部材、コンポーネント及び／又はそれらのグループの存在又は追加を排除するものではないことが理解される。

本明細書全文にわたって言及した「いくつかの実施形態」、又は「一実施形態」とは、実施例と関連付けて説明された特定の特徴、構造、又は特性が少なくとも１つの実施形態に含まれる意味である。したがって、本明細書全体にわたって様々な場所で現れた「いくつかの実施形態において」又は「一実施形態において」という表現は、必ずしも全て同じ実施形態を指すとは限らない。さらに、特定の特徴、構造、又は特性は１つ又は複数の実施形態において適宜組み合わせてもよい。

本明細書で本発明の好ましい実施形態を図示及び説明したが、そのような実施形態が単に例として提供されるものであることは、当業者には明らかである。当業者であれば、本発明から逸脱することなく、様々な変形、変更及び置換を加えることが可能であろう。本明細書で説明された本発明の実施形態の様々な代替形態は本発明を実施する際に採用できることを理解すべきである。本明細書で説明された実施形態の多数の異なる組み合わせは可能であり、そのような組み合わせは本開示の一部と認められる。また、本明細書で任意の実施形態と関連付けて検討された特徴は、いずれも本明細書における他の実施形態での使用に容易に適応させることが可能である。以下の特許請求の範囲は本発明の範囲を定義し、これらの特許請求の範囲内の方法及び構造並びにそれらの均等物が包含されることが意図される。

Claims (28)

1. ３次元環境内にマルチパルスシーケンスを放射するようにそれぞれが個別にアソレス指定可能なエミッタのアレイであって、少なくとも前記エミッタのサブセットが放射パターンに応じてマルチパルスシーケンスを同時に放射するように構成されるエミッタのアレイと、
   それぞれが個別にアドレス指定可能な光センサのアレイであって、少なくとも前記光センサのサブセットが検知パターンに応じて光パルスを受信するように構成され、前記光センサのサブセットの各光センサが、前記３次元環境から返送された光パルスを検出し、少なくとも前記光パルスのサブセットに関連付けられる光エネルギーの量を指示する出力信号を生成するように構成される光センサのアレイと、
   前記エミッタのアレイ及び前記光センサのアレイに電気的に結合される１つ又は複数のプロセッサであって、１つ又は複数のリアルタイム条件に基づいて前記放射パターン及び前記検知パターンを生成するように構成されるプロセッサと、を含む、光検出測距システム。
2. 各前記エミッタはレーザダイオードセットを含む、請求項１に記載の光検出測距システム。
3. 前記レーザダイオードセットが電気的に接続され、駆動回路によって制御される、請求項２に記載の光検出測距システム。
4. 前記放射パターンは起動すべきエミッタのアドレス及び前記エミッタによって放射されるマルチパルスシーケンスの時間的プロファイルを含む、請求項１に記載の光検出測距システム。
5. 前記時間的プロファイルは、前記マルチパルスシーケンスからの各パルスの振幅、前記マルチパルスシーケンスからの各パルスの継続時間、前記複数のパルス間の時間間隔、及び前記マルチパルスシーケンスにおける前記複数のパルスの数からなる群より選択される１つ又は複数を含む、請求項４に記載の光検出測距システム。
6. 各前記光センサは光検出器セットを含む、請求項１に記載の光検出測距システム。
7. 前記光検出器セットの各光検出器が個別にアドレス指定可能である、請求項６に記載の光検出測距システム。
8. 前記光検出器セットからの光検出器のサブセットが前記検知パターンに応じて光パルスを受信するように構成される、請求項６に記載の光検出測距システム。
9. 前記検知パターンは有効化すべき光センサのアドレス、有効化すべき光検出器のアドレス、又は前記光パルスのサブセットを選択するための１つ又は複数のパラメータを含む、請求項６に記載の光検出測距システム。
10. 前記１つ又は複数のパラメータは、前記光パルスのサブセット内の光パルスの数、又は非連続光パルスの組み合わせを指示するパラメータを含む、請求項９に記載の光検出測距システム。
11. 前記１つ又は複数のリアルタイム条件が、検出された光パルスに基づいて取得される、請求項１に記載の光検出測距システム。
12. 前記１つ又は複数のリアルタイム条件は所定の距離閾値内にあるオブジェクトの検出を含む、請求項１に記載の光検出測距システム。
13. 前記１つ又は複数のプロセッサがさらに、前記光パルスのサブセットに関連付けられる飛行時間に基づいて距離を計算するように構成される、請求項１に記載の光検出測距システム。
14. 前記飛行時間が、前記３次元環境から返送された光パルスと前記放射パターンの時間的プロファイルとの間の一致を決定することで決定される、請求項１に記載の光検出測距システム３。
15. 光検出測距システムの適応制御を提供するための方法であって、
    １つ又は複数のリアルタイム条件に基づいて放射パターン及び検知パターンを生成するステップと、
    前記放射パターンに応じてエミッタのアレイから少なくともエミッタのサブセットを、マルチパルスシーケンスを同時に放射するように起動するステップであって、前記エミッタのアレイの各エミッタが３次元環境内にマルチパルスシーケンスを放射するように個別にアドレス指定可能であるステップと、
    前記検知パターンに応じて個別にアドレス指定可能な光センサのアレイから少なくとも光センサのサブセットを、光パルスを受信するように有効化するステップであって、前記光センサのサブセットの各光センサが、前記３次元環境から返送された光パルスを検出し、少なくとも前記光パルスのサブセットに関連付けられる光エネルギーの量を指示する出力信号を生成するように構成されるステップと、を含む、前記方法。
16. 前記エミッタのアレイの各エミッタはレーザダイオードセットを含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記レーザダイオードセットが電気的に接続され、駆動回路によって制御される、請求項１６に記載の方法。
18. 前記放射パターンは起動すべきエミッタのアドレス及び前記エミッタによって放射されるマルチパルスシーケンスの時間的プロファイルを含む、請求項１５に記載の方法。
19. 前記時間的プロファイルは、前記マルチパルスシーケンスからの各パルスの振幅、前記マルチパルスシーケンスからの各パルスの継続時間、前記複数のパルス間の時間間隔、及び前記マルチパルスシーケンスにおける前記複数のパルスの数からなる群より選択される１つ又は複数を含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記光センサのアレイの各光センサは光検出器セットを含む、請求項１５に記載の方法。
21. 前記光検出器セットの各光検出器が個別にアドレス指定可能である、請求項２０に記載の方法。
22. 前記光検出器からの光検出器のサブセットが前記検知パターンに応じて光パルスを受信するように有効化される、請求項２０に記載の方法。
23. 前記検知パターンは有効化すべき光センサのアドレス、有効化すべき光検出器のアドレス、又は前記光パルスのサブセットを選択するための１つ又は複数のパラメータを含む、請求項２０に記載の方法。
24. 前記１つ又は複数のパラメータは、前記光パルスのサブセット内の光パルスの数、又は非連続光パルスの組み合わせを指示するパラメータを含む、請求項２３に記載の方法。
25. 前記１つ又は複数のリアルタイム条件が、検出された光パルスに基づいて取得される、請求項１５に記載の方法。
26. 前記１つ又は複数のリアルタイム条件は所定の距離閾値内にあるオブジェクトの検出を含む、請求項１５に記載の方法。
27. 前記光パルスのサブセットに関連付けられる飛行時間に基づいて距離を計算するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
28. 前記飛行時間が前記３次元環境から返送された光パルスと前記放射パターンの時間的プロファイルとの間の一致を決定することで決定される、請求項２７に記載の方法。

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